張保山

摘要 基于有限元軟件Midas Civil建立計(jì)算模型，研究了在最高裸墩以及最大懸臂狀態(tài)下系梁位置以及數(shù)量對(duì)格構(gòu)式高橋墩穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，橋墩截面形狀以及尺寸不變的情況下，橫系梁可以有效提高橋墩的穩(wěn)定系數(shù)，當(dāng)設(shè)置一組或者兩組橫系梁時(shí)，橋墩穩(wěn)定系數(shù)提升效果最為明顯，設(shè)置三組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)增加緩慢。因此，格構(gòu)式橋墩設(shè)置一組或者兩組橫系梁均可。

關(guān)鍵詞 有限元;格構(gòu)式橋墩;系梁;穩(wěn)定性

中圖分類號(hào) TU392.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）03-0165-03

0 引言

隨著我國(guó)橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，中西部地區(qū)橋梁數(shù)量不斷增多，由于西部地區(qū)地形破碎，溝壑縱橫，橋梁建設(shè)時(shí)高墩大跨度的連續(xù)剛構(gòu)橋被廣泛應(yīng)用。以往高墩大跨度橋梁一般采用雙肢薄壁墩的橋墩形式，但是當(dāng)橋墩為超高墩時(shí)，雙肢薄壁墩不能滿足剛度與抗震要求，可以采用安全性與經(jīng)濟(jì)性更為適宜的格構(gòu)式橋墩[1]。為了滿足整個(gè)格構(gòu)式高墩的抗彎剛度要求，在墩柱之間增加橫向連接系，合理布置橫向連接系的位置以及數(shù)量非常重要[2-10]。該文基于某高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁，進(jìn)行橫系梁對(duì)格構(gòu)式高墩穩(wěn)定性的影響研究。

1 工程背景

橋梁主橋?yàn)?×120 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，現(xiàn)澆箱梁采用C55混凝土;橋墩采用新型格構(gòu)式橋墩，采用C40混凝土，系梁采用C40混凝土;墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，采用C30混凝土。主梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，橋面寬12.6 m，橋墩中心線處箱梁高為7.5 m，跨中和端部高為3 m。其橋型布置如圖1所示。

圖1 橋型布置圖（單位：mm）

2 有限元模型

使用有限元軟件Midas Civil進(jìn)行數(shù)值模擬模型的建立。由于結(jié)構(gòu)自重在線性穩(wěn)定性的研究中占有重要作用，因此該文進(jìn)行自重作用下的穩(wěn)定特征值分析，改變系梁的數(shù)量以及位置，保證橋墩的穩(wěn)定特征值達(dá)到規(guī)范中的要求。最高裸墩與最大懸臂階段的模型如圖2和圖3所示。

圖2 最高裸墩模型圖 圖3 最大懸臂模型圖

3 系梁對(duì)橋墩穩(wěn)定性的影響

3.1 最高裸墩狀態(tài)下穩(wěn)定性分析

在最高裸墩狀態(tài)下，分別對(duì)格構(gòu)式高墩無(wú)橫系梁、1組橫系梁、2組橫系梁、3組橫系梁1階模態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行分析，模態(tài)圖如圖4～7所示。

3.2 最大懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性分析

在最大懸臂狀態(tài)下，分別對(duì)格構(gòu)式高墩無(wú)橫系梁、1組橫系梁、2組橫系梁、3組橫系梁1階模態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行分析，模態(tài)圖如圖8～11所示。

（1）由圖12及表1可知，在最高裸墩狀態(tài)下，穩(wěn)定性系數(shù)隨著橫系梁數(shù)量的增多不斷增加，不設(shè)置橫系梁時(shí)橋墩的穩(wěn)定系數(shù)為3.39，小于規(guī)范要求的4，不能滿足橋墩穩(wěn)定性要求;當(dāng)有一組橫系梁時(shí)，橋墩穩(wěn)定系數(shù)就達(dá)到了18.10，增加了4.34倍，滿足規(guī)范要求，當(dāng)有兩組橫系梁時(shí)，橋墩穩(wěn)定系數(shù)為30.03，對(duì)比可得，設(shè)置兩組橫系梁時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)比設(shè)置一組橫系梁時(shí)增加了66%;當(dāng)有三組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為33.82，相較于兩道橫系梁時(shí)增加了12.6%。

（2）在最大懸臂狀態(tài)下，隨著橫系梁數(shù)量的增加，穩(wěn)定性系數(shù)增加速率較為平緩，不設(shè)置橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為2.52，不能滿足規(guī)范要求;設(shè)置一組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為6.85，增加了1.72倍，能夠滿足規(guī)范要求。當(dāng)設(shè)置兩組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為8.25，相較于設(shè)置一組橫系梁時(shí)增加了20%;當(dāng)有三組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為9.20，相較于兩道橫系梁時(shí)增加了11.5%。

由以上分析可知，當(dāng)橋墩截面形式與尺寸不變的情況下，增加系梁的數(shù)量可以提高橋墩的穩(wěn)定性，設(shè)置一組或者兩組橫系梁時(shí)橋墩穩(wěn)定系數(shù)增加最為明顯，設(shè)置三組橫系梁時(shí)橋墩穩(wěn)定系數(shù)增加較慢，對(duì)于格構(gòu)式高墩而言，設(shè)置一組或者兩組橫系梁均可。

4 結(jié)論

通過(guò)有限元軟件進(jìn)行橫系梁對(duì)格構(gòu)式橋墩穩(wěn)定性影響的分析，得出以下結(jié)論：

（1）增加橫系梁，可以提高格構(gòu)式橋墩在最高裸墩以及最大懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性安全系數(shù)。

（2）最高裸墩與最大懸臂狀態(tài)下，增加一組橫系梁和兩組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)提升效果最為明顯;增加三組橫系梁時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)提升效果較為緩慢。

（3）對(duì)于格構(gòu)式橋墩，設(shè)置一組或者兩組橫系梁均可有效提升橋墩穩(wěn)定系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫波勇，朱光華，王峰原.現(xiàn)澆箱梁格構(gòu)式鋼管柱支撐體系穩(wěn)定性研究[J].重慶建筑，2014（1）：50-52.

[2]趙利強(qiáng).系梁對(duì)樁柱式橋墩穩(wěn)定性影響的研究[J].山西交通科技，2014（5）：57-59.

[3]王宗偉.山區(qū)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工階段非線性穩(wěn)定研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2019.

[4]周勇軍，趙煜，賀拴海.系梁設(shè)置對(duì)高墩大跨彎剛構(gòu)橋動(dòng)力特性及地震響應(yīng)的影響[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2011（19）：608-617.

[5]劉亞亞，林麗霞.高陡斜坡段雙柱式橋墩橫系梁對(duì)側(cè)向剛度的影響分析[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021（2）：7-11.

[6]曹冬，童志華.墩系梁對(duì)雙柱墩穩(wěn)定性影響探討[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2016（7）：116-117.

[7]許梁，鄒黎瓊，平曉文.中系梁對(duì)雙柱式橋墩受力性能影響研究[J].中外公路，2021（2）：180-184.

[8]劉黎陽(yáng)，馬健.雙柱框架式橋墩橫系梁的合理布置方式研究[J].中外公路，2014（4）：153-157.

[9]王凱華，劉志才.大跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋墩型選擇及穩(wěn)定性分析[J].低溫建筑技術(shù)，2019（6）：134-137.

[10]張鵬.淺議高速公路工程中橋梁柱系梁施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（11）：181.