楊相展，詹先境

(創(chuàng)輝達設計股份有限公司 長沙市 410004)

連續(xù)剛構橋以其跨越能力大、經(jīng)濟性能好等優(yōu)勢廣泛應用于公路、市政、鐵路橋梁，特別是在山區(qū)跨越溝谷地段，往往成為最具競爭力的橋型選擇。

國內(nèi)外學者對高墩大跨連續(xù)鋼構的設計和穩(wěn)定性進行了大量研究。張來福等[1]介紹了逢石河特大橋主橋的設計，逢石河特大橋主橋為(66+5×120+66)m七跨連續(xù)混凝土剛構橋，最大墩高101m，為減少溫度變形內(nèi)力，對主墩的縱橋向尺寸進行了優(yōu)化設計，為解決連續(xù)剛構橋后期下?lián)蠁栴}適當增加了跨中預拱度。萬麟等[2]介紹了貴州省黔西至大方高速公路西溪河特大橋主橋的設計，西溪河特大橋主橋為(101+2×190+101)m四跨連續(xù)混凝土剛構橋，最大墩高118m，采用橋梁博士V3.2.0對主橋進行了計算分析，橋梁施工及運營各階段均能滿足相關規(guī)范要求。張敬天等[3]利用有限元軟件對重慶魚洞長江大橋的穩(wěn)定性進行了分析，重慶魚洞長江大橋主橋為(145+2×260+145)m四跨連續(xù)混凝土剛構橋，最大墩高61m，計算結(jié)果表明穩(wěn)定最不利狀態(tài)為最大雙懸臂狀態(tài)，為保證結(jié)構的安全，應加強施工過程中的監(jiān)控。

結(jié)合黃虎港大橋的設計，詳細介紹了此類橋梁的設計特點，利用midas Civil程序建立了有限元計算模型，對其荷載作用下靜力特性進行分析，分析了高墩在最大懸臂狀態(tài)的穩(wěn)定性。

1 工程概況

新建黃虎港橋位于黃虎港峽谷匯流處，老黃虎港大橋臨渫水河外側(cè)。橋址處屬低山丘陵地貌，橋位處兩岸懸崖林立，溝深約200m，地形條件極其險峻，山勢自然坡度達80°。橋位區(qū)最低地面高程約205m，最高約625m，相對高差約425m。

橋跨布置采用2×30m預應力簡支T梁+(75+130+75)m預應力連續(xù)剛構+(2×37+40+37)m預應力連續(xù)T梁，橋梁全長498.54m，第1、第2跨橋?qū)捰?9.1m漸變至18.5m，其余橋跨全寬18.5m，最大橋墩高度113m。本橋位于一級公路上，設計時速60km/h，雙向四車道，橋梁荷載等級為公路-Ⅰ級，地震動峰值加速度0.05g(基本烈度為VI度)，抗震設防烈度為Ⅵ度。效果圖如圖1所示。

圖1 效果圖

1.1 主橋上部結(jié)構

主橋整幅為單箱雙室截面。箱梁剛構墩墩頂梁高780cm，跨中梁高330cm，梁高變化遵循二次拋物線；箱梁頂板寬度為18.5m，底板寬度為11.5m，頂板厚度均為28cm，底板厚度為由墩頂80cm按二次拋物線漸變到跨中30cm；頂板翼緣長350cm，厚度由端部20cm變到根部80cm；腹板厚度分別為70cm、60cm及45cm，根部加厚至100cm；剛構墩(3號墩、4號墩)墩頂設四道100cm厚的橫隔板，過渡墩(2號墩、5號墩)墩頂設一道150cm厚的端橫隔板。主跨跨中設置1道40cm厚的跨中橫隔板。變截面懸澆連續(xù)梁采用三向(縱、橫、豎向)預應力，均采用鋼絞線。

1.2 主橋下部結(jié)構

主橋橋墩采用雙肢薄壁變截面空心墩，采用單箱雙室截面，壁厚70cm。第一節(jié)墩身順橋向?qū)?.0m，橫橋向13.5m，第二節(jié)墩身順橋向?qū)?.0m，橫橋向12.5m，第三、四節(jié)墩身順橋向?qū)?.2m，橫橋向11.5m，最高墩高113m，墩頂及墩底300cm范圍內(nèi)采用實心截面，其余為空心截面?；A采用群樁基礎，承臺厚度4.5m，樁基采用4排16根Φ2.0m樁基。

2 結(jié)構靜力計算

2.1 計算模型

本橋應用計算軟件Midas/civil2012進行建模計算分析。全橋共計233個節(jié)點，288個單元，共分為59個施工階段。

圖2 計算模型

2.2 計算荷載

一期恒載：混凝土容重取26kN/m3，鋼材容重78.5kN/m3；

二期恒載：橋面鋪裝+防撞墻，取64.8kN/m。

采用公路Ⅰ級，車道荷載橫向分布調(diào)整系數(shù)經(jīng)計算采用3.082。

汽車荷載沖擊系數(shù)，根據(jù)計算取用0.05[4]。

溫度荷載[4]包括結(jié)構的整體溫度升降和梯度溫度升降。箱梁的合龍溫度為10～15℃為，整體溫度升降工況中，取結(jié)構最高溫度34℃，最低溫度-3℃。主梁截面溫差取9cm厚瀝青鋪裝對應的梯度溫度值，橋面板表面的最高溫度T1=15.2℃，轉(zhuǎn)折點的溫度T2=5.74℃，負溫差取正溫差值的-0.5倍，T1=-7.6℃，T2=-2.87℃。

基礎不均勻沉降取10mm。

2.3 靜力計算結(jié)果

全橋主要結(jié)算結(jié)果如圖3、表1所示。

圖3 主梁彎矩圖

表1 主梁計算結(jié)果

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》[5](JTG 3362—2018)要求：主梁承載能力極限狀態(tài)和正常使用階段極限狀態(tài)滿足規(guī)范要求。

3 主墩穩(wěn)定性計算

3.1 結(jié)構穩(wěn)定性分析理論

穩(wěn)定性問題分為兩大類，第一類為分支點失穩(wěn)問題，第二類穩(wěn)定問題是極值點失穩(wěn)問題，不論是喪失第一類或第二類穩(wěn)定性，對工程結(jié)構都是不允許的，因為它們都使得結(jié)構不能維持原來的工作狀態(tài)，或者使其喪失承載能力。

穩(wěn)定計算的中心問題在于確定各結(jié)構的臨界荷載，第一類穩(wěn)定問題是求解特征值，在實際工程中容易使用大型有限元軟件求得結(jié)果，且第一類穩(wěn)定問題的臨界荷載是兩類穩(wěn)定問題的上限值，因此工程上通常通過求解第一類穩(wěn)定問題來判斷結(jié)構的穩(wěn)定性[6]。

3.2 結(jié)構穩(wěn)定性分析結(jié)果

本橋共分為5個工況來計算最大懸臂狀態(tài)的穩(wěn)定性。施工階段的風荷載根據(jù)規(guī)范規(guī)定計算[7]：懸臂施工的橋梁，除了對稱加載外，還應考慮不對稱加載的工況，在橫向不對稱風載作用下，按懸臂左側(cè)承受100%的風載，右側(cè)承受50%的風載?？v向風荷載按橫橋向風荷載風壓的70%乘以橋墩迎風面積。豎向風壓取橫向風壓的0.4倍，懸臂左側(cè)作用100%豎向風壓，懸臂右側(cè)50%。

梁端自重差按懸臂一端超出計算重度的3%、一端低于計算重度的3%考慮。掛籃荷載取值為1075kN計算。施工不平衡荷載按在T構左側(cè)端頭作用20t的集中力并考慮懸臂左側(cè)8.5kN/m的均布荷載，右側(cè)無。工況1：自重；工況2：自重+橫橋向風力；工況3：自重+縱橋向風力；工況4：自重+梁端自重差+施工不平衡荷載+掛籃荷載(正常)；工況5：自重+梁端自重差+施工不平衡荷載+掛籃荷載(一側(cè)掛籃跌落，計入0.2沖擊系數(shù))。

表2 主墩穩(wěn)定性計算結(jié)果

各種工況下臨界荷載系數(shù)均大于4，說明橋梁在最大懸臂狀態(tài)下穩(wěn)定性滿足要求，且均有較大的安全儲備。

4 結(jié)語

詳細介紹了黃虎港大橋的設計和計算過程，計算結(jié)果表明強度、穩(wěn)定性等均滿足要求。高墩連續(xù)剛構橋梁最大懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性關系到橋梁的成敗，應該與橋梁強度計算放在同樣的高度。