楊 勇

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州450000）

由于山嶺地區(qū)山高谷深，地形復(fù)雜，路線布設(shè)中不可避免地出現(xiàn)平面曲線半徑小，縱、橫坡大，橋長(zhǎng)較長(zhǎng)的橋梁。為保證橋梁在運(yùn)營(yíng)使用階段的安全、舒適、耐久性，橋梁多設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力砼曲線連續(xù)梁橋的特點(diǎn)是產(chǎn)生彎扭耦合作用，在彎扭耦合作用下，曲線梁橋會(huì)沿著某一不動(dòng)點(diǎn)變形。而對(duì)于大長(zhǎng)縱坡橋梁，在汽車制動(dòng)力頻繁、反復(fù)作用下，上部結(jié)構(gòu)具有沿著下坡方向滑移的趨勢(shì)，而且梁體的下滑很難恢復(fù)。當(dāng)橋梁上下構(gòu)間采用支座連接時(shí)，梁體的錯(cuò)動(dòng)將導(dǎo)致支座受力不平衡，甚至脫空、破壞。

因此，計(jì)算分析比較山區(qū)全連續(xù)結(jié)構(gòu)以及連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系結(jié)構(gòu)柱式高墩的穩(wěn)定性十分必要。

1 分析標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

本橋梁設(shè)計(jì)速度為80km/h，荷載為公路-I級(jí)，單幅橋?qū)挾炔贾脼?1m（行車道）+2×0.5m（防撞護(hù)欄）[1]。本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），本區(qū)基本烈度為Ⅵ度，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》對(duì)大型構(gòu)造物等抗震重點(diǎn)工程的規(guī)定，可比基本烈度提高一度，即按Ⅶ設(shè)防[2]。

2 分析假定

2.1不考慮滑動(dòng)支座的摩阻力；

2.2不考慮縱、橫坡的影響，按照平橋進(jìn)行建模計(jì)算；

2.3墩底固結(jié)，建模不考慮樁基礎(chǔ)的影響

3 結(jié)構(gòu)分析

采用橋梁綜合程序MIDAS/Civil，Civil2011版本進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)橋梁的實(shí)際施工過(guò)程和施工方案劃分施工階段，根據(jù)最不利荷載工況分別進(jìn)行加載，按規(guī)范中所規(guī)定的各項(xiàng)容許指標(biāo)，驗(yàn)算橋墩穩(wěn)定性是否滿足要求。

3.1 結(jié)構(gòu)形式

本橋采用部頒30mT 梁結(jié)構(gòu)，T梁頂寬1.7m，翼緣板濕接縫寬度為0.7m，上部結(jié)構(gòu)由5片T梁組成，柱徑隨墩高階梯變化，柱徑1.4m、1.8m、2m、2.2m。橋梁橫斷面如下圖所示。

圖1 結(jié)構(gòu)橫斷面圖

3.2 結(jié)構(gòu)離散

上部按梁格法建模，縱梁之間用橫向聯(lián)系梁連接，墩梁固結(jié)處梁、蓋梁之間采用彈性連接的剛性連接，結(jié)構(gòu)連續(xù)或邊墩處采用鉸接連接。建模結(jié)構(gòu)為4×30m裝配T梁結(jié)構(gòu)，模型離散圖如下。

3.3 結(jié)構(gòu)分析荷載類型

3.3.1 永久荷載

3.3.1.1 恒載

一期恒載：T梁、蓋梁、墩身各部分自重。

T梁容重：26kN/m3，T梁斷面實(shí)際尺寸精確輸入。

墩身容重：25kN/m3。

二期恒載：?jiǎn)纹琓梁橋面鋪裝，單側(cè)防撞護(hù)欄。

9cm瀝青混凝土q1=0.09×2.4×24＝5.18KN/m。

8cmC50混凝土調(diào)平層q2=0.08×2.4×25＝4.8KN/m。

防撞護(hù)欄：每延米重q=0.4×25=10KN/m（0.4為單側(cè)護(hù)欄橫截面面積）。

橋面鋪裝q=q1+q2=9.98KN/m。

C50砼T梁：根據(jù)規(guī)范《JTGD62-2004》第3.1.3～5條，fck=32.4Mpa，ftk=2.65Mpa，fcd=22.4Mpa，ftd=1.83Mpa，Ec=3.45×10Mpa。

C40砼主墩：根據(jù)規(guī)范《JTGD62-2004》第3.1.3～5條，fck=26.8Mpa，ftk=2.4Mpa，fcd=18.4Mpa，ftd=1.65Mpa，Ec=3.25×104Mpa。

根據(jù)規(guī)范《JTGD62-2004》第3.1.6條，砼泊松比νc=0.2。

根據(jù)規(guī)范《GB50010-2010》第4.1.8條，線膨脹系數(shù)為1×10－5。

3.3.1.2 收縮徐變[3-4]

第34施工階段，考慮收縮徐變天數(shù)10000天，橋梁所在橋梁環(huán)境年平均濕度取80%（規(guī)范《JTGD62-2004》第6.2.7條文說(shuō)明，根據(jù)當(dāng)?shù)貒?guó)家基準(zhǔn)氣候站數(shù)據(jù)，日平均相對(duì)濕度89）。

3.3.2 基本可變荷載

公路-Ⅰ級(jí)，按照3個(gè)車道進(jìn)行縱橫向布載。

3.3.3 其他可變荷載

3.3.3.1 溫度荷載：年均升溫+25℃，年均降溫-20℃。（規(guī)范《JTGD60-2004》第4.3.10條表4.3.10-2）

3.3.3.2 橋面溫度梯度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）推薦的模式，10cm瀝青混凝土鋪裝，升溫溫 差T1=15.2℃，T2=5.74℃，降 溫 溫 差T1=-7.6℃，T2=-2.87℃。計(jì)入溫度自應(yīng)力。

3.3.3.3 汽車制動(dòng)力。按規(guī)范《JTGD60-2004》第4.3.6條之規(guī)定，制動(dòng)力不計(jì)汽車荷載的沖擊力，一個(gè)車道上的制動(dòng)力按加載長(zhǎng)度上車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總重力的10%計(jì)算，但不得小于165kN，同向行駛3車道的汽車荷載制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值為一個(gè)設(shè)計(jì)車道制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值的2.34倍。

制 動(dòng) 力H=（10.5×120+280）×0.1×2.34=360.36kN＞165kN，取360.36kN。

3.3.3.4 汽車沖擊力。汽車動(dòng)荷載按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTGD60-2004的規(guī)定，根據(jù)結(jié)構(gòu)基頻計(jì)算。

3.3.3.5 風(fēng)荷載。根據(jù)本橋址處地表狀況，地表粗糙度定為D級(jí)。按《JTGD60-2004》規(guī)范第4.3.7條之規(guī)定：

Fwh=k0k1k3WdAwh

Wd=rV2d/2g

Vd=k2k5V10

r=0.012017e-0.0001Z

根據(jù)規(guī)范《JTGD60-2004》取值：k0=1.0，橋墩k1=1.2，橋面k1=1.3，k2=1.29，k3=1.4，k5=1，V10=24.2m/s，Z=50m。

則縱橋向橋墩風(fēng)荷載:

Fwh=0.7k0k1k3WdAwh=222.04kN

風(fēng)載按均布荷載施加在橋墩上，

q=Fwh/Z=4.5kN/m

橫橋向橋墩風(fēng)荷載，

Fwh2=k0k1k3WdAwh=317.2kN

橫橋向橋墩風(fēng)載按均布荷載施加在橋墩上，

q2=Fwh2/Z=6.4kN/m

橫橋向橋面風(fēng)荷載（Z=53m，橋面梁高取值2m），

Fwh3=k0k1k3WdAwh=413.8kN

橫橋向橋面風(fēng)載按均布荷載施加在橋面上，

q3=Fwh3/Z=7.8kN/m

3.4 穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)不同荷載工況，分以下6種工況：橋墩施工完畢、蓋梁施工、架梁、體系轉(zhuǎn)換、成橋、運(yùn)營(yíng)。根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，工況6-運(yùn)營(yíng)階段為最不利荷載工況。

3.4.1 中墩墩梁固結(jié)

工況為運(yùn)營(yíng)階段。

圖2 結(jié)構(gòu)離散圖

3.4.1.1 荷載：自重+預(yù)應(yīng)力+順橋向風(fēng)載+整體溫度變化+溫度梯度+制動(dòng)力。

表1 屈曲分析表（墩高50m）

圖3 橋墩順橋向失穩(wěn)（模態(tài)1）

3.4.1.2 荷載：自重+預(yù)應(yīng)力+橫橋向風(fēng)載+整體溫度變化+溫度梯度+制動(dòng)力。

表2 屈曲分析表（墩高50m）

圖4 橋墩順橋向失穩(wěn)（模態(tài)1）

3.4.2 全連續(xù)結(jié)構(gòu)

工況為運(yùn)營(yíng)階段。

3.4.2.1 荷載：自重+預(yù)應(yīng)力+順橋向風(fēng)載+整體溫度變化+溫度梯度+制動(dòng)力。

表3 屈曲分析表（墩高50m）

圖5 橋墩順橋向失穩(wěn)（模態(tài)1）

3.4.2.2 荷載：自重+預(yù)應(yīng)力+橫橋向風(fēng)載+整體溫度變化+溫度梯度+制動(dòng)力。

表4 屈曲分析表（墩高50m）

圖6 橋墩順橋向失穩(wěn)（模態(tài)1）

中墩墩梁固結(jié)，運(yùn)營(yíng)階段，墩高50m時(shí)第一階失穩(wěn)模態(tài)為順橋向失穩(wěn)，最小特征值為8.56；全連續(xù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)階段，墩高50m時(shí)第一階失穩(wěn)模態(tài)為順橋向失穩(wěn)，最小特征值為6.59。特征值均大于5，說(shuō)明運(yùn)營(yíng)階段穩(wěn)定性滿足要求[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)結(jié)構(gòu)不利工況—成橋階段進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系的穩(wěn)定性優(yōu)于全連續(xù)結(jié)構(gòu)。

當(dāng)縱坡較大、墩高較高時(shí)，為防止梁體縱向滑移，增強(qiáng)橋梁的整體剛度，聯(lián)內(nèi)取較高的中墩作墩梁固結(jié)十分必要。

［1］JTGB01-2003.中華人民共和國(guó)交通部部標(biāo)準(zhǔn)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［S］.2003.

［2］JTGTB02-01-2008.中華人民共和國(guó)交通部部標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》［S］.2008.

［3］JTGD62-2004.中華人民共和國(guó)交通部部標(biāo)準(zhǔn)《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》［S］.2004.

［4］JTGD63-2007.中華人民共和國(guó)交通部部標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［S］.2007.

［5］GB 18306-2001.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》［S］.2001.