半中承式系杆拱桥设计与分析

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1、2012年9月第9期城市道桥与防洪桥梁结构73半中承式系杆拱桥设计与分析柳建设，李峰，戚冬艳，王军(西安市政设计研究院有限公司，陕西西安710068)摘要：以秦汉大道灞河桥为实例，介绍了桥梁方案比选和半中承式刚性系杆拱桥的设计与分析，总结了该桥的一些技术特点和设计思想，同时介绍了高烈度区该类桥梁如何运用双向减隔震技术，并提出了尚须进一步研究的问题。关键词：半中承式系杆拱桥；设计；分析；双向减隔震技术；景观设计中图分类号：U448．22文献标识码：B文章编号：1009—7716(2012)09—0073—04表1工程

2、场地地面地震动反应谱特征参数及水平地震系数0前言50a超越概率40％10％2％秦汉大道是西安市打造北部新城规划的一条水平设计加速度反应谱最大值Smax／g0．2860．5881．128连接临潼与咸阳的主干道，双向8车道。秦汉大道特征周期zs0．48O．56O．66在灞河处现状为一座16孔30m预制梁桥，桥宽水平地震系数Kh／gO．11OO．2260．43412m，两车道，机非混行。该桥由于建成时间较早，过程中养护问题。桥梁孔跨布设应满足灞河正常承载能力低，梁底存在结构性裂缝等问题，已不能泄洪和输沙要求。在满足其交通

3、功能的前提下，满足未来秦汉大道的交通要求，急需在此处新建一座桥梁。灞河属渭河一级支流，发源于蓝田县霸要充分考虑其景观效果，与周围环境相协调。1．3方案比较塬乡麻家坡以北，秦岭北坡渭河支流，属雨水补给根据以上方案设计原则，最终确立了3个桥型性河流，在桥位区水流方向呈北西向，单式断面，全方案进行比选，分别是方案一：半中承式系杆拱桥断面过流。灞河目前已辟为生态园，设有多级梯级(见图1)；方案二：上承式连续梁拱组合桥(见图橡胶坝，灞河两岸远景规划为城市生态景观带。2)；方案三：简支梁桥(见图3：)。方案一结构新颖，1桥梁方

4、案设计飞鸟造型拱肋体现了灞河美好的生态景观，与周1．1工程建设条件围环境相协调；桥梁横向采用三幅桥，施工时原旧西安市属亚热带半干旱气候区，年平均气温桥可继续通行，待两侧边幅桥完成后再拆除旧桥，13．7℃，极端最高气温41．8oC，极端最低气温施工中幅桥时，行人和车辆可利用边幅桥继续通行，基本上对现有交通影响很小。设计方案二将拱一16．0℃。工程场地地貌单元属灞河河床及漫滩，地桥与梁桥结合，结构线条优美舒畅，简洁生动；桥形平缓开阔，桥址处主河槽两岸为人工堤岸，主河槽与堤顶相对高差9～13m。灞河流域面积约梁全部为现浇

5、混凝土结构，施工工艺较简单，但规划线位已确定为旧桥中心线，施工期间需拆除旧2581km2,多年平均径流量15．636m3／s；年平均最大径流量33．295m3／s(1983年、1964年)，年平均最桥，中断交通。方案三采用成熟技术30m预制梁，结构简单，施工快捷，在非汛期完成下部结构的前小径流量3．964m3／s(1995年)。该段灞河平均比降提下，上部施工可不受汛期洪：水影响。在方案设计约为1．58‰，100a一遇频率洪水流量3300m3／s，的原则下，建设单位组织专家对3个方案进行了设计频率洪水流速2．02m／

6、s。根据地震安全性评价评审，经综合比较，决定采用方案一进行初步设计结果，灞河桥50a超越概率40％、10％、2％的3个和施工图设计。概率水平的地面地震动参数见表1。1．2方案设计原则桥梁方案设计应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、外形美观的要求。尽可能采用成熟的结构形式和施工工艺，保证桥梁结构的强度、刚度、稳定性和耐久性，同时应考虑后期运营收稿日期：2012—02—23作者简介：柳建设(1979一)，男，陕西富平人，工程师，从事桥图1半中承式系杆拱桥梁工程设计与研究工作。2012年9月第9期城市道桥与防洪

7、桥梁结构75墩连接，中墩、拱座与基础固结(见图6)。其优点是横梁最大弯矩与系梁的刚度、横梁的位置均相关，方案技术成熟，结构使用稳定可靠，地震作用下结并不是所有中横梁的受力相同，最大正弯矩由拱构位移小；缺点是中墩所承受的地震力大，且主要脚向跨中逐渐增大，最大负弯矩由拱脚向跨中逐由中墩来承受，边墩主要提供竖向支撑力，其最大渐减小，所以横梁设计应包络最不利弯矩。水平力为临界滑动摩擦力。3．2动力分析根据建立的动力计算模型，采用子空间迭代法求解桥梁结构动力特性。采用中墩与基础分离的减隔震方案较固结方案桥梁自振周期明显延长，

8、第一阶自振周期由1．7s延长至2．3s，第二阶由1-3s延长至2．2s。以地震安全性评价报告的参数为基础，通过计算分析，E2水准地震作用下，减隔震方案较固结方案中墩基础的水平力最大减震69％，弯矩最大减震79％；同时，边墩的水平力和弯矩有所提高，减隔震图6中墩方案(单位：m)方案较固结方案整个结构的位移相对增大，其中中(2)减隔震方案。采用减隔震设计思路，边