鄭建東

(廈門市市政工程設計院有限公司，福建 廈門 361015)

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矮墩連續(xù)剛構橋溫度效應分析

鄭建東

(廈門市市政工程設計院有限公司，福建 廈門 361015)

文章以某實際工程為例，使用大型有限元程序Midas/Civil建立全橋模型，計算分析不同截面類型下部結構的連續(xù)剛構橋在溫度荷載作用下的主梁內力與位移變化情況，并確定出合理的下部結構類型，為同類橋型設計提供參考。

連續(xù)剛構橋；矮墩；溫度效應；下部結構

0 引言

連續(xù)剛構橋是橋墩與主梁固結的連續(xù)梁橋，上、下部結構共同承擔荷載，可減少墩頂負彎矩。墩剛度較柔，允許出現(xiàn)較大變位，并且具有投資較少，施工方便，不需要大型支座，行車平穩(wěn)，養(yǎng)護費用低等優(yōu)點。在深谷大流地區(qū)，高墩大跨連續(xù)剛構橋具有很大優(yōu)勢。由于連續(xù)剛構橋是多次超靜定結構，混凝土收縮、徐變、溫度變化、預應力作用、墩臺不均勻沉降等引起的附加內力對結構影響較大。本文結合某工程實例，考慮溫度對橋梁結構的影響。

1 溫度效應分析

混凝土是由水泥、沙、石組成的一種混合材料。在國內外的混凝土橋梁中，溫度應力是結構開裂的重要因素。調查資料表明，混凝土結構中只有20%的裂縫是由于外荷載產生，而80%的裂縫卻是由溫度、收縮等變形變化所引起的。當混凝土橋梁結構溫度變化產生形變而受到約束時就會產生溫度應力。超靜定結構連續(xù)剛構橋產生的溫度應力甚至可能會超過活載應力，成為裂縫產生的主要原因。日照、驟然降溫以及年溫度變化三種溫度荷載是連續(xù)剛構橋中產生溫度效應的主要原因。

連續(xù)剛構橋在設計階段，結構類型及尺寸的選取至關重要，尤其橋墩截面形式對上部結構內力影響顯著。因此，本文以某矮墩連續(xù)剛構橋為例，選取不同類型的下部結構，計算在溫度荷載作用下的主梁內力。

2 工程概況

南平市南平新大橋采用(60+95+57)m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構，全長212.0 m。橋墩處主梁截面為單箱雙室截面，截面高5.7 m，跨中處截面高2.5 m，截面高度按1.8次拋物線變化。箱梁全寬為17.5 m。橋墩高24 m，采用雙薄壁墩。

3 Midas計算

使用大型有限元程序Midas/Civil建立全橋模型。在建模過程中，下部結構采用箱形空心墩、雙薄壁實心墩進行比較。箱型墩模型節(jié)點數(shù)115，單元數(shù)104，雙薄壁模型節(jié)點數(shù)142，單元數(shù)127，在連續(xù)剛構橋主梁上施加相同的溫度荷載，即主梁升溫20 ℃和溫度梯度荷載，溫度基數(shù)值T1為14 ℃，T2為5.5 ℃。通過Midas軟件計算在上述溫度荷載下主梁應力與位移。箱形空心墩模型圖見圖1，雙薄壁墩圖見圖2。升溫20 ℃計算結果見表1。溫度梯度荷載計算結果見表2。

圖1 箱形空心墩模型圖

圖2 雙薄壁墩圖

項目箱型墩雙薄壁墩主梁上緣最大拉應力0.340.11主梁上緣最大壓應力0.730.23主梁下緣最大拉應力0.940.29主梁下緣最大壓應力1.160.36主梁跨中位移21.93.89

表2 溫度梯度荷載計算結果表

注：表中應力單位為MPa，位移單位為mm

從計算結果可知，在主梁升溫荷載下，雙薄壁墩主梁無論是拉應力還是壓應力均比箱型墩主梁應力小，而且跨中處豎向位移也比箱型墩小很多。在溫度梯度荷載下，兩者計算結果較為接近，雙薄壁墩主梁下緣壓應力比箱型墩主梁稍大，下?lián)衔灰拼罅艘槐?，但其值并不是很大。對墩本身而言，雙薄壁墩縱向抗推剛度相比箱型墩小很多，可以更好地釋放主梁縱向變形，減小對主梁的約束作用。在相同的溫度荷載下，主梁的內力更小。對于高度<50 m的矮墩，雙薄壁墩的優(yōu)勢非常明顯。在溫度荷載作用下，雙薄壁墩的主梁應力比箱型墩主梁應力小。箱型墩模型中如果溫度荷載再與其他類型的荷載進行組合之后主梁應力將非常大，這樣主梁需要配置更多的鋼筋和預應力筋，是十分不經濟的，甚至不能滿足規(guī)范要求。對于墩梁固結的連續(xù)剛構橋，雖然造價低，施工方便，但是，橋墩與主梁直接固結而不設置支座會使得橋墩與主梁連接處不會產生相對位移，溫度作用下產生的位移不能像普通梁橋那樣通過支座得到有效釋放，而會在主梁產生較大內力。因此，對于橋墩高度在50 m以下的矮墩連續(xù)剛構橋，橋墩線剛度較大，如果再選取抗推剛度較大的箱形空心墩，在溫度荷載下，主梁內力會很大。同時，跨中的豎向位移也會很大，在橋梁使用階段行車也不夠舒適。而雙薄壁墩抗推剛度小，橋墩與主梁固結處會產生稍大的水平位移卻能夠釋放掉較大的跨中豎向位移，而且主梁的內力也較小。此外，雙薄壁墩的橫向迎風面積較小、風載體形系數(shù)小。所以，無論是對于施工階段還是成橋后對抵抗橫向風都是有利的。雙薄壁墩能夠提供適當?shù)目箯潉偠龋軌虻挚故┕るA段的一部分不平衡荷載。

4 結語

連續(xù)剛構橋因其造價低廉、施工簡便、行車舒適而被我國廣泛建造，本文分析了在溫度作用下矮墩連續(xù)剛構橋不同下部結構主梁的內力、位移。通過計算可知，雙薄壁墩更適合作為矮墩連續(xù)剛構橋的橋墩。

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Temperature Effect Analysis of Dwarf Pier Continuous Rigid Frame Bridge

ZHENG Jian-dong

(Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co.，Ltd.，，Xiamen，F(xiàn)ujian，361015)

With a practical project as the example，this article established the full bridge model by using the finite element program Midas/Civil，calculated and analyzed the main-beam internal force and displacement changing situation of continuous rigid frame bridge with the substructure of different cross-section types under temperature load，and determined the reasonable substructure types，thereby providing the reference for the design of similar bridges.

Continuous rigid frame bridge；Dwarf pier；Temperature effect；Substructure

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.10.014

1673-4874(2016)10-0051-02

2016-09-05

鄭建東(1978—)，工程師，研究方向：橋梁隧道設計。