孟勝毅

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 400074)

橋墩剛度對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)受力的影響

孟勝毅

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 400074)

連續(xù)剛構(gòu)橋呈現(xiàn)跨徑增大、跨數(shù)增多、墩高增加的趨勢(shì)，當(dāng)墩的高度存在較大的高度差的情況下，在外荷載作用下，墩、梁的內(nèi)力呈現(xiàn)不均衡性，尤其是由于混凝土收縮徐變、溫度作用、基礎(chǔ)不均勻沉降等將對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)帶來較大的不均衡次內(nèi)力。連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)參數(shù)確定時(shí)，墩間相對(duì)剛度不同對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布及變形產(chǎn)生較大的影響，合理的高墩剛度匹配能使結(jié)構(gòu)受力更為合理。文中以某三跨連續(xù)鋼構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘?，首先，運(yùn)用有限元程序?qū)Σ煌叨談偠绕ヅ涞慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，通過比較分析尋找出影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的關(guān)鍵因素；然后，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋墩的剛度匹配基本原則，對(duì)高墩剛度匹配進(jìn)行分析研究，進(jìn)而為墩的剛度匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益的參考。

連續(xù)剛構(gòu)橋 高墩 剛度匹配

1 連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義

1.1 連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展現(xiàn)狀

連續(xù)剛構(gòu)橋是連續(xù)梁橋與T形剛構(gòu)橋的結(jié)合體，它結(jié)合了連續(xù)梁橋和形剛構(gòu)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)同時(shí)避免了其不足之處，從受力、行車舒適度、造價(jià)的多方面考慮，這種橋型都比較理想，因此，自從這種橋型被第一次引進(jìn)中國(guó)，隨后就得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

1.2 本文的研究意義

連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)，上下部結(jié)構(gòu)共同受力，墩的剛度將對(duì)結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力產(chǎn)生較大的影響。墩梁連接處相當(dāng)于剛性節(jié)點(diǎn)，當(dāng)墩相對(duì)于梁的剛度較大時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)在墩頂處產(chǎn)生較大的內(nèi)力，從而難以有效發(fā)揮墩身的抗彎能力，同時(shí)連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂也將產(chǎn)生較大的彎矩，不能有效起到卸載作用。根據(jù)理論分析，墩的抗推剛度較大時(shí)，墩在水平推力作用下墩的水平位移將會(huì)減小，但墩的內(nèi)力將隨之增大，當(dāng)墩剛度設(shè)計(jì)較柔時(shí)，很好地適應(yīng)縱向變形，在最大懸臂施工階段及成橋階段穩(wěn)定性也隨之降低。為滿足成橋線性及內(nèi)力的需要，設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合理的墩剛度。

2 主要構(gòu)件參數(shù)的確定

2.1 上部結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

主梁采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱型斷面。箱梁根部高7.5m，跨中及邊跨直線段（含合龍段）梁高2.8m，梁高按1.8 次拋物線變化，箱底寬5.0m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)2.0m，全寬9.0 米。0 號(hào)段長(zhǎng)12.0m，在托架上澆注。兩側(cè)各有16 個(gè)節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)度為6×3.0m 和10×4.0m。全橋共有3 個(gè)合龍段，即兩個(gè)邊跨合龍段和1 個(gè)中跨合龍段，合龍段長(zhǎng)均為2m。

2.2 下部結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

連續(xù)剛構(gòu)橋梁體與橋墩固結(jié)，梁、墩兩者的受力分配將由其相對(duì)剛度所決定。而決定橋墩剛度的參數(shù)主要有三個(gè)：墩壁數(shù)、壁厚和墩高。為了說明橋墩剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)受力性能的影響，計(jì)算式設(shè)置墩高h(yuǎn)取值30m、50m、70m、90m四種不同的高度，壁厚采用30cm、45cm和60cm三種，同時(shí)考慮墩壁數(shù)的影響。

3 有限元建立模型

3.1 模型概況

本文某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用有限元軟?midas/civil 2013建立模型，將上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)離散成 96個(gè)節(jié)點(diǎn)、91 個(gè)單元,分別考慮恒載、溫度荷載、收縮徐變下的應(yīng)力及變形。

3.2 模型分析

3.2.1 雙壁墩與單壁墩的影響

為了進(jìn)一步說明墩高，墩壁數(shù)對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋主梁受力性能的影響，分別取墩搞30m、50m、70m和90m。通過midas/civil2013建模分析得到，不同墩搞、墩壁數(shù)的連續(xù)剛構(gòu)橋主梁成橋階段在恒載作用下不同位置的彎矩值。

表3-1 不同墩高的單、雙壁墩對(duì)成橋階段主梁恒載彎矩的影響（kN·m）

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從表3-1可以看出，采用雙壁墩的最大好處就是：可以明顯減小墩頂負(fù)彎矩。這個(gè)現(xiàn)象是由于雙壁墩對(duì)墩頂彎矩的“削峰”作用造成的。此外，隨著高度的增加，無論單壁墩還是雙壁墩，除了跨中正彎矩增大外，其余兩處邊跨的彎矩都逐漸減小。由此可見，如果僅從減小上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力出發(fā)，無疑應(yīng)采用雙壁墩。無論墩身高低，壁厚變化，雙壁墩都可以減小上部結(jié)構(gòu)的彎矩值。

3.2.2 墩身高度的影響

為探究墩身高度的上部結(jié)構(gòu)受力的影響，此處墩高取值30m、50m、70m、90m，計(jì)算出上部結(jié)構(gòu)彎矩變化的情況見表3-2。

表3-2 墩高對(duì)上部結(jié)構(gòu)成橋彎矩的影響（kN·m）

從表 3-2可以看出，隨著墩身高度的逐漸增大，邊跨最大彎矩和墩頂負(fù)彎矩逐漸減小，而中跨跨中正彎矩去逐漸增大，這同時(shí)也說明了，當(dāng)墩高較小時(shí)，不適宜采用連續(xù)剛構(gòu)體系。特別是在附加荷載，如溫度變化，混凝土收縮徐變等作用下，更能說明這一點(diǎn)。

4 結(jié)論

通過以上對(duì)控制橋墩剛度的三個(gè)主要參數(shù)變化的分析，得出了連續(xù)剛構(gòu)橋在橋墩剛度改變時(shí)主梁的受力情況，進(jìn)一步說明了雙薄壁高墩的有點(diǎn)。其具體結(jié)論如下：

（1）采用雙壁墩可以明顯減小墩頂負(fù)彎矩，隨著墩身高度的增加，無論單壁墩還是雙壁墩，除了跨中正彎矩增大外，其余兩處邊跨的彎矩都逐漸減?。?/p>

（2）隨著墩身高度的逐漸增大，邊跨最大彎矩和墩頂負(fù)彎矩逐漸減小，而中跨跨中正彎矩去逐漸增大；

（3）連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)體系，由溫度變化、混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)不均勻沉降等引起的附加荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響十分顯著，當(dāng)墩身高度較小時(shí)，其相對(duì)剛度較大，無法很好地適應(yīng)附加荷載引起的內(nèi)力及位移，不適宜采用連續(xù)剛構(gòu)體系，而應(yīng)考慮連續(xù)梁橋方案。

[1]馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋.人民交通出版社,2001.

[2]肖汝誠(chéng).橋梁結(jié)構(gòu)體系.人民交通出版社,2013.

[3]范立礎(chǔ).橋梁工程(上冊(cè)）[M]北京：人民交通出版社,2003.

[4]項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論，北京：人民交通出版社,2000.

[5]楊高中.等連續(xù)剛構(gòu)橋在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展：公路，1998.

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