张鑫
重庆交通大学，土木工程学院, 桥梁与隧道工程
摘要：钢管混凝土拱桥具有跨越能力大、强度高、重量轻、便于施工等优点，近年来在我国桥梁建设中迅速发展。随着钢管混凝土技术的不断发展，钢管混凝土拱桥的跨径不断的增大，其静力性能、动力性能的研究显得越来越重要。本文展示了钢管混凝土拱桥的应用与发展，并通过大型有限元软件Midas/Civil对跨径为575m的某中承式钢管混凝土拱桥进行了静力特性和动力特性分析，并通过查阅资料文献，论述可钢管混凝土拱桥地震响应的特点，并对今后钢管混凝土拱桥的性能研究提出了建议。
关 键 词：钢管混凝土拱桥；静力特性；动力特性；地震响应；
中图分类号：O 319.56 文献标志码：A 文章编号：1674-0696（2011）
1 钢管混凝土拱桥的应用与发展
"钢管混凝土构件"是指用混凝土填充空心钢管而形成的一种复合构件，是集钢管和钢筋混凝土优点于一体的新型构件。由于钢管混凝土结构具有抗压能力强、安装方便等优点，钢管混凝土框架拱桥发展迅速。在中国短短的6年间建了10座钢管混凝土拱桥。
2 静力特性
2.1有限元模型
以主跨为575m某中承式钢管混凝土拱桥为例，利用大型桥梁计算软件 Midas/Civil用于分析桥梁的静动态特性。全桥共有13546个单元，节点5431个，其中梁单元9650个，桁架单元64个，板单元3832个，边界条件取用一般支撑与弹性连接。为综合考虑整个桥梁的静力特性，选择了恒载荷、活载荷、混凝土收缩徐变等参数来分析桥梁结构的静力特性。
2.2恒载效应分析
恒载考虑：自重、二期。钢材为Q345，容重取，混凝土为C70，容重取；二期恒载考虑桥面铺装、桥梁附属设施的自重。
根据有限元模型进行计算，计算得到恒载作用下钢管混凝土拱肋竖向位移，其中最大竖向位移为-564 mm，它发生在拱肋的近跨中段。拱肋上弦杆混凝土在拱顶部位的最大压应力为-0.17 MPa，在拱脚部位的最大压应力为-0.19 MPa，在拱肋下弦杆混凝土的最大压应力为-0.19 MPa。与规范规定的数值对比可知：钢管混凝土拱肋的拉压应力，均在规范容许的范围内，结构安全可靠。
2.3活载效应分析
活载主要考虑车道荷载和人群荷载。
钢管混凝土拱桥拱肋关键截面在活载作用下拱肋最大竖向挠度为-304mm，小于L/1000，满足规范要求。拱肋的最大压应力值在-0.1 MPa范围内。拱肋下弦杆混凝土1/4跨最大压应力，为-0.1MPa。经过综合对比分析可知：拱肋的压应力都在规范容许的范围内。说明结构设计和受力均匀合理。
2.4次内力效应分析
十年收缩徐变作用下钢管混凝土拱桥变形。钢管混凝土拱肋的最大垂直位移为-748毫米，且位于拱肋的近中段。收缩徐变对钢管混凝土拱桥的位移影响较大，使桥梁结构出现整体下挠。
2.5钢管混凝土静力特性分析
利用 Midas civil有限元计算软件，对成桥状态下的该钢管混凝土拱桥模型进行静力计算分析，分析了结构在各种荷载组合作用下的位移、内力和应力，得出下列结论
（1）在活载作用下，拱肋的最大位移出现在l/4跨处，截面应力最大值也出现在拱肋及主梁l/4跨处位置。
（3）混凝土收缩与徐变对钢管混凝土拱桥结构的位移、内力和应力影响都较大。钢管混凝土拱桥结构位移与应力受收缩徐变影响中，其次内力对结构的影响占较大比重。
3 动力特性
3.1中承式钢管混凝土大跨拱桥自振特性分析
利用Midas Civil软件分析了一座大跨中承式钢管混凝土拱桥的静特性，分析了其自振频率和前8阶振型。
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该大跨中承式钢管混凝土拱桥的振兴比较复杂，其特点为：
1、大跨中承式钢管混凝土拱桥的振动主要是面内竖向振动。
2、反对称振型平面内振型比称振型早出现，体现了拱形结构的振动特性，结构内振型均为拱肋与桥面同步，表明该结构具有良好的平面整体性，表明立柱、吊杆等传力构件起到了有效的作用。
3、8阶振型分布在3赫兹频率范围内，说明大跨中承式钢管混凝土拱桥的振型是密集的，这一特点决定了用随机振动方法求解大跨钢管混凝土拱桥的地震反应时，可能会产生多个振型，因此必须采用 CQC全二次组合法。
4 地震响应
4.1地震响应
以下列出收集到的丫髻沙大桥的地震响应分析结果采用时程分析法，见表4. 1。
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由以上结果可见，与纵向地震反应相比，横向地震反应产生较大的内力和横向位移，说明横向刚度较小，应高度重视。
5对钢管混凝土拱桥研究的建议
（1）钢管混凝土拱桥的动力特性与其自身的特点，需要不断地进行动力特性的计算和实测，以全面、系统地了解各种结构的动力特性。。
（2）因地震频谱特性对钢管混凝土拱桥的地震反应有很大影响，对现场地震数据和人工地震波构造的有效利用是模拟实际大跨结构地震反应的重要环节。
（3）开展钢管混凝土拱桥结构抗震体系的研究，尤其要注意向地震作用和行波效应的影响，这将有利于此类桥梁的抗震安全与在地震区的推广应用。
参考文献：
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