【摘要】連續(xù)剛構(gòu)橋縱向和橫向都具有較大的剛度，適合懸臂施工，并能滿足橫向抗風(fēng)要求；主墩與主梁固結(jié)，不需布置造價(jià)高的支座；施工也無(wú)體系轉(zhuǎn)換；其跨越能力大、整體性能強(qiáng)、受力合理、施工方便，本文以大跨徑剛構(gòu)橋的主墩剛度作為研究對(duì)象，對(duì)墩的單肢與雙肢構(gòu)造形式進(jìn)行研究比較。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu)；雙薄壁墩；單柱式墩；對(duì)比分析

1、引言

連續(xù)剛構(gòu)墩柱與梁體的彎矩分配決定于兩者的相對(duì)剛度，而梁體的收縮、徐變及溫度應(yīng)力與剛構(gòu)墩柱的抗推剛度也直接相關(guān)。合適的剛度比既能滿足全橋的縱向剛度，又能盡可能的改善梁體內(nèi)力分布，充分發(fā)揮材料的受力性能，達(dá)到節(jié)約投資、增大跨徑的目的。因此確定合適的墩梁剛度比是連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容。顯然，盡量減少梁體自重是設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。為此，首先要在滿足施工、運(yùn)營(yíng)各階段結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力構(gòu)造要求的前提下確定梁體截面的最小尺寸，而理想的墩柱除滿足結(jié)構(gòu)以及施工、運(yùn)營(yíng)階段的最小縱、橫向剛度要求外，應(yīng)盡可能使其具有較大的抗彎剛度和較小的抗推剛度，墩柱的結(jié)構(gòu)形式也正是從這方面考慮確定的。

2、主墩的形式

連續(xù)剛構(gòu)橋主墩的形式主要有豎直雙肢薄壁墩和豎直單肢薄壁墩，采用V形墩等其他形式較少，且跨徑也不大。豎直雙肢薄壁墩是在墩位上有兩個(gè)相互平行的墩壁與主梁固結(jié)的橋墩。它可增加橋墩剛度，同時(shí)其抗推能力小，在橋梁縱向允許的變位大，不僅可以減小梁墩頂負(fù)彎矩，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配更趨合理，而且由于其為雙墩柱，墩頂負(fù)彎矩的峰值也不像單肢墩出現(xiàn)在支點(diǎn)中心，它的峰值出現(xiàn)在兩支墩的墩頂，峰值也較單肢墩小得多，兩支墩之間負(fù)彎矩為下凹的曲線，可減小墩頂截面的尺寸，充分發(fā)揮材料的受力性能，增加橋梁美感。因此在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中是理想的柔性墩，能支撐上部結(jié)構(gòu)，保持橋墩穩(wěn)定性，適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)位移的需要。豎直單肢薄壁墩是在墩位上只有一個(gè)截面形式為空心或?qū)嵭牡摹耙弧弊中尉匦谓孛婊蛳淞航孛娴臉蚨铡沃”诙张c雙肢薄壁墩相比，一般說(shuō)來(lái)，單薄壁墩特別是箱形截面單薄壁墩的抗扭性能好，抗推能力強(qiáng)，但其柔性不如雙薄壁墩，雙薄壁墩的綜合抗彎剛度大，整體穩(wěn)定性好，墩身允許的水平位移較大，但隨著墩身高度的不斷增加單薄壁墩的柔性逐漸增強(qiáng)，允許的縱向變位增大。因此，對(duì)于墩身很高的大跨連續(xù)剛構(gòu)來(lái)說(shuō)，箱形單肢薄壁墩也是理想的墩身形式之一。在高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋中也經(jīng)常采用豎直單薄壁墩。

3、單柱式墩與雙柱式墩的對(duì)比分析

3.1單柱式墩與雙柱式墩的抗推剛度對(duì)比

由連拱簡(jiǎn)化計(jì)算研究表明，墩頂彎矩對(duì)柔性墩水平位移影響不大，在主墩尺寸的擬定階段，可近似將主墩按下端固結(jié)，上端自由的懸臂柱進(jìn)行討論。

柱的應(yīng)變能

U=∫M2/2EIdx

M=-P·x

U=1/2EI∫（-P·x）2dx

=P2l3/6EI

自由端由P產(chǎn)生的位移δ，可采用卡期提里阿諾第二定理，將U對(duì)P求偏導(dǎo)數(shù)得出，

δ= Pl3/3EI

當(dāng)縱向位移δ=1時(shí)，P=3EI/l3即為產(chǎn)生單位水平位移時(shí)所引起的作用力，也稱剛度影響系數(shù)，或常稱為抗推剛度K=3EI/l3

為了便于對(duì)比采用了實(shí)心矩形截面，設(shè)單柱式墩截面尺寸為B*2H，雙柱式墩截面尺寸為B*H，墩高均為l，如圖（2）

對(duì)單柱式墩，其順橋向抗推剛度為：

Ka=3EI/l3=2EBH3/l3

對(duì)雙柱式墩，其順橋向抗推剛度為：

Kb=3EI/L3=EBH3/2l3

Ka/Kb=4

由此可見(jiàn)，對(duì)于同樣截面尺寸的橋墩，單柱式橋墩的順橋向抗推剛度是雙柱式橋墩的4倍。因此，雙柱式橋墩的連續(xù)剛構(gòu)橋能有效的減小由于溫度、混凝土收縮、徐變和順橋向地震而引起的影響。故連續(xù)剛構(gòu)橋一般采用雙柱式橋墩而不采單柱式橋墩。

3.2單柱式墩與雙柱式墩的順橋向慣性矩比較

由圖（2）可得單柱式橋墩順橋向慣性矩為：

I1=B（2H）3/12=0.667BH3

雙柱式橋墩順橋向慣性矩為：

I2=2BH3/12+2BHr2

當(dāng)r=1H、2H、3H、4H帶入上式得：

單墩與雙墩順橋向慣性距的比較 表1

r值I1I2/I1

H2.167BH3.25

2H8.167BH12.24

3H18.167BH27.24

4H32.167BH48.23

因此，雙柱式橋墩能有效的保證特大跨徑橋梁在懸臂施工階段的安全性。

4、薄壁橋墩設(shè)計(jì)的選擇

由以上可見(jiàn)，雙薄壁墩的順橋向抗推剛度是單柱式橋墩的1/4，能有效的減小溫度、混凝土收縮徐變、順橋向地震力等因素的影響。在橫向抗扭能力方面，雙薄壁橋墩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單柱式橋墩，能夠滿足橫向抗風(fēng)要求，增加施工的安全性。從整體性能來(lái)說(shuō)，續(xù)剛構(gòu)橋的雙薄壁橋墩優(yōu)于單柱式橋墩。

5、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)形式的選擇首要考慮的是結(jié)構(gòu)的安全性和受力合理性，但在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中，也必須考慮不對(duì)建設(shè)成本形成浪費(fèi)等因素。在選用橋梁結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)從選址、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)易及美觀等多方面綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]范立礎(chǔ)主編.《橋梁工程》（上冊(cè)）.北京：人民交通出版社，2001

[2]顧安邦主編.《橋梁工程》（下冊(cè)）.北京：人民交通出版社，2000

[3]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）.北京：人民交通出版社，2004

[4]《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004

[5]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）