王忠渝

招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 重慶 400067

在當(dāng)今的公路橋梁建設(shè)，尤其是在山區(qū)的高速公路建設(shè)之中，裝配式橋梁越來越受到施工單位的重視。因為相比較連續(xù)性橋梁而言，裝配式橋梁不僅工期短、施工簡單、易于控制，且具有更高的經(jīng)濟(jì)性。因此，隨著當(dāng)今路橋建筑的不斷發(fā)展，七十米以上的裝配式高墩結(jié)構(gòu)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 工程概況

2 橋墩在施工期間的最不利受力工況分析

在施工過程中，架梁機(jī)的具體施工順序通常是喂梁、吊梁、送梁、橫移放梁和橋面縱移，而在架橋機(jī)工作進(jìn)行的過程中，橋墩的最不利受力情況有兩種，具體情況如下圖所示：

圖1 橋墩最不利受力情況

2.1 計算模式A分析

計算模式A屬于架橋機(jī)完成吊梁工作之后，第一片T梁準(zhǔn)備落下時的工況，此時的墩頂處于自由狀態(tài)。

橋墩受到的豎向力：架橋機(jī)前支點的反力（N），因為受到偏心作用，架橋機(jī)自身的重量和一片T量的重量就會引起前支點出現(xiàn)反力，進(jìn)而給橋墩施加一個豎向的力[1]。

橋墩所受到的水平力：橋墩以及橫梁順橋方向的風(fēng)荷載（q）。

橋墩的溫度荷載：前后界面之間有5攝氏度的溫差，但是該作用力不會對墩身產(chǎn)生較大影響，但也可能會導(dǎo)致墩身變位，進(jìn)而導(dǎo)致豎向作用力發(fā)生變化。

橋墩所受到的約束：頂部的自由和底部的固結(jié)。

2.2 計算模式B分析

在這一模式之下，為了可以計算出上部結(jié)構(gòu)之中傳遞給墩頂豎向力素引起的最大偏心彎矩，選擇了一側(cè)橋墩上的T梁完全架設(shè)好，并已經(jīng)開始準(zhǔn)備將下一片T梁運(yùn)送到這個孔時候的工況。此時已經(jīng)對墩頂后退方向一跨的T梁做好了臨時的焊接固定處理，一個門框體系已經(jīng)基本形成。受到水平風(fēng)力的作用，墩頂?shù)臋M向位移并不大[2]。在這一模式之下，要想精準(zhǔn)求出墩身的內(nèi)力，我們可以通過在墩頂加水平彈性支撐的形式來實現(xiàn)，這個彈性支撐的剛度可以借助于計算模式A之中的風(fēng)荷載結(jié)果來確定，同時，我們也可以近似認(rèn)為墩頂鉸接，這兩種結(jié)算結(jié)果并沒有較大的差異。

橋墩受到的豎向力：架橋機(jī)前支點的反力（N），因為受到偏心作用，架橋機(jī)自身的重量和一片T量的重量就會引起前支點出現(xiàn)反力，加之已經(jīng)完成架設(shè)的一孔T梁自身重力的反力所帶來的偏心作用，就會給橋墩施加一個豎向的力。

橋墩受到的水平力：橋墩以及橫梁順橋方向的風(fēng)荷載（q）。

橋墩的溫度荷載：前后界面之間有5攝氏度的溫差。

橋墩所受到的約束：頂部自由和底部的固結(jié)。

3 超高變截面空心薄壁墩施工計算

在本次工程的設(shè)計之中，通過計算可知，最為不利的工況是完成了一孔T梁架設(shè)，另一孔T梁正在準(zhǔn)備架設(shè)施工的時候。在本次施工設(shè)計的具體計算過程中，主要采用了兩種計算方法來計算具體的結(jié)構(gòu)配筋情況。

3.1 通過MIDAS Civil模型進(jìn)行計算

應(yīng)用MIDAS Civil，可以對不同墩高條件下的空心薄壁墩模型進(jìn)行建立，通過對幾何非線性的考慮，就可以得出橋墩底部界面的內(nèi)力，然后通過荷載組合，就可以得增大之后的偏（其中，Md為彎矩設(shè)計組合值， Nd為軸力設(shè)計組合值）。最后就可以根據(jù)偏心受壓構(gòu)件來計算出配筋數(shù)量。

3.2 按照《公規(guī)范》進(jìn)行計算

根據(jù)《公規(guī)范》以及之前的超高變截面空心薄壁墩設(shè)計經(jīng)驗，對最不利工況之下構(gòu)件的長度進(jìn)行計算。通過計算可知，在一端鉸接、一端固定的工況之下，最不利的構(gòu)件長度是0.7l0）（l0為橋墩高度），在一端自由、一端固定的工況下，最不利的構(gòu)件長度是2l0，借助于《公規(guī)范》之中的相關(guān)公式，就可以計算出最大的偏心距系數(shù)，然后根據(jù)偏心受壓構(gòu)件來計算出配筋數(shù)量。

4 穩(wěn)定性分析

在本次設(shè)計之中，主要是借助于MIDAS Civil來進(jìn)行屈曲分析，就理論而言，應(yīng)該對計算模式A和計算模式B這兩種工況之下的穩(wěn)定系數(shù)分別進(jìn)行計算，但是為保障設(shè)計效率，本次工程設(shè)計選擇應(yīng)用更加保守簡單的計算模式B進(jìn)行計算，將橋墩底部固結(jié)、橋墩頂部自由設(shè)置為約束條件來進(jìn)行計算。此時，橋墩的荷載有一孔的5片T梁和正在運(yùn)用過程中的1片T梁質(zhì)量、風(fēng)荷載、架橋機(jī)自身的重量、溫度荷載以及橋墩和帽梁自身的重量[3]。因為每一片T梁自身重力是，架橋機(jī)組裝之后的質(zhì)量是224t，帽梁自身重力是1800kN，所以有：

一孔的5片T梁對橋墩施加的反力為：

然后就可以對不同墩高之下的屈曲穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算：

5 強(qiáng)度和配筋數(shù)量分析

5.1 橋墩高度為81m

由此可得出其增大之后的偏心=0.655m。因為計算長度分別是56.7m和162m，所以增大的偏心距系數(shù)為4.030947。經(jīng)計算，受壓區(qū)域之內(nèi)的鋼筋面積是243.28cm2，受拉區(qū)域之內(nèi)的鋼筋面積是364.928cm2，應(yīng)用的鋼筋直徑是28mm，因此計算出上緣的數(shù)量是40根，下緣的數(shù)量是60根，這樣才可以滿足規(guī)定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 橋墩高度為90m

首先將截面擬定為 6 . 5m × ( 2.8～4.6）m，然后按照以上的方式進(jìn)行計算，經(jīng)計算可知，受壓區(qū)域之內(nèi)的鋼筋面積是247.6cm2，受拉區(qū)域之內(nèi)的鋼筋面積為371.48cm2，所以，上緣的鋼筋數(shù)量是41根，下緣的鋼筋數(shù)量是61根。

6 結(jié)語

綜上所述，本文通過某工程的設(shè)計實例對裝配式橋梁超高變截面空心薄壁墩的設(shè)計進(jìn)行分析。希望通過本次的分析，可以對其他公路橋梁工程施工過程中的變截面空心薄壁墩設(shè)計有所幫助。