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        V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)參數(shù)研究

        2023-12-13 01:26:00李盛家LIShengjia
        價(jià)值工程 2023年33期
        關(guān)鍵詞:中墩墩底剛構(gòu)橋

        李盛家 LI Sheng-jia

        (廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司,南寧 530029)

        0 引言

        V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋因其造形別致、美觀,具有較高的景觀效果,始終在市政橋梁的選形中占有一席之地[1,2]。作為常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)橋的變形,V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋除了造形上富有特色以外,其力學(xué)性能也發(fā)生了較大的變化。因此對(duì)其進(jìn)行相關(guān)研究,本文以景觀橋?yàn)楸尘?,采用三維有限元軟件建立桿系模型[3,4],基于控制變量法對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行影響性分析[5,6],分布研究邊中跨比μ、V腿角度α、中墩約束剛度K對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋支反力和內(nèi)力的影響規(guī)律,相關(guān)工作可為類似V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)[7,8]。

        1 工程概況

        某景觀橋采用(15+18+15)m鋼筋混凝土V形墩連續(xù)剛構(gòu),V腿與豎直夾角52.5°,橋?qū)挒?2.5m。橋梁總體布置圖見(jiàn)圖1。

        圖1 橋梁總體布置圖(單位:mm)

        2 V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋參數(shù)特性研究

        2.1 邊中跨比μ對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響

        提出四種不同跨徑組合(12+24+12)m、(13+22+13)m、(14+20+14)m、(15+18+15)m,其對(duì)應(yīng)的邊中跨比μ分別為0.50、0.59、0.70、0.83,分別建立有限元模型分析得到各自的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

        ①不同邊中跨比μ對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩和中墩支反力的影響,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 邊中跨比μ對(duì)邊墩和中墩支反力的影響

        由圖2可見(jiàn),當(dāng)邊中跨比μ逐漸增大時(shí),中墩支反力有減小的趨勢(shì),而邊墩支反力有增大的趨勢(shì)。當(dāng)邊中跨比過(guò)小時(shí),邊墩在最小標(biāo)準(zhǔn)組合作用下可能出現(xiàn)負(fù)反力,即在實(shí)際結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為支座脫空,這將對(duì)結(jié)構(gòu)的安全使用產(chǎn)生影響。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中不宜選取過(guò)小的邊中跨比。

        ②不同邊中跨比μ對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋中墩墩底水平力和彎矩的影響見(jiàn)圖3。

        圖3 邊中跨比μ對(duì)中墩墩底水平力和彎矩的影響

        由圖3可以得到,邊中跨比μ增大時(shí),中墩墩底水平力先減小,再增大;而中墩墩底彎矩則始終呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。從具體數(shù)值上分析,墩底水平力由4100kN減小到4030kN再增大到4140kN,變化幅度很小,在工程中幾乎可以忽略不計(jì);而中墩墩底彎矩則減小了10%。由此可見(jiàn),在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,適當(dāng)選取較大的邊中跨比能夠降低中墩墩底彎矩,這對(duì)于中墩樁基的受力是有利的,同時(shí)也能夠降低樁基的造價(jià)。

        2.2 V腿角度α對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響

        提出四種不同V腿豎向夾角α為45°、50°、55°、60°,分別建立有限元模型分析得到各自的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

        ①不同V腿角度α對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩和中墩支反力的影響見(jiàn)圖4。

        圖4 V腿角度α對(duì)邊墩和中墩支反力的影響

        由圖4可見(jiàn),當(dāng)V腿角度逐漸增大時(shí),中墩反力逐漸增大而邊墩反力逐漸減小。若V腿角度過(guò)大,在最不利荷載組合作用下,邊墩有可能出現(xiàn)負(fù)反力,即支座脫空,將對(duì)結(jié)構(gòu)的安全使用產(chǎn)生不利影響。因此在設(shè)計(jì)時(shí),不宜采用過(guò)大的V腿角度。

        ②不同V腿角度α對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋中墩墩底水平力和彎矩的影響見(jiàn)圖5。

        圖5 V腿角度α對(duì)中墩墩底水平力和彎矩的影響

        由圖5可以看出,當(dāng)V腿角度增大時(shí),中墩墩底的水平力和彎矩呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。具體來(lái)看,中墩墩底的水平力比墩底彎矩對(duì)V腿角度的變化更為敏感。當(dāng)V腿角度由45°增大到60°時(shí),中墩墩底水平力增大了25%,而中墩墩底彎矩僅增大了5%。但從數(shù)值上分析,中墩墩底彎矩較大而水平力較小,對(duì)于基礎(chǔ),仍需按壓彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

        2.3 中墩約束剛度K對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響

        分別計(jì)算中墩約束剛度K為0.5K、1.0K、1.5K、2.0K的有限元模形(其中K為本設(shè)計(jì)中采用的單排樁等效約束剛度),得到各自的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

        ①不同中墩約束剛度K對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩和中墩支反力的影響見(jiàn)圖6。

        圖6 中墩約束剛度K對(duì)邊墩和中墩支反力的影響

        由圖6可見(jiàn),不同的中墩約束剛度對(duì)于結(jié)構(gòu)支反力的影響很小,都在3%以內(nèi),以至于在圖中變化趨勢(shì)很不明顯。這樣的變化幅度,在工程中可以幾乎可以忽略,因此在設(shè)計(jì)中可以不考慮中墩約束剛度對(duì)于結(jié)構(gòu)支反力的影響。

        ②不同中墩約束剛度K對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋中墩墩底水平力和彎矩的影響見(jiàn)圖7。

        圖7 中墩約束剛度K對(duì)中墩墩底水平力和彎矩的影響

        由圖7可以得到,當(dāng)中墩約束剛度增大時(shí),中墩墩底水平力和彎矩都顯著增大。具體分析,中墩墩底水平力增大了100%,而中墩墩底彎矩增大了177%。數(shù)據(jù)表明中墩墩底彎矩對(duì)約束剛度更為敏感,并且約束剛度越強(qiáng),對(duì)于基礎(chǔ)的受力越不利。

        3 結(jié)論

        文章采用三維有限元軟件建立桿系模型,基于控制變量法對(duì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行影響性分析,得到以下結(jié)論:①邊中跨比μ增大或V腿角度α減小,會(huì)減小中墩支反力,增大邊墩支反力。中墩墩底約束剛度的變化對(duì)于結(jié)構(gòu)支反力幾乎沒(méi)有影響。對(duì)于V形剛構(gòu)這種結(jié)構(gòu)體系,本身就存在中墩反力遠(yuǎn)大于邊墩反力的特點(diǎn),因此在最不利情況下,邊墩有可能出現(xiàn)負(fù)反力即支座脫空的現(xiàn)象。所以,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)首先考慮采用較大的邊中跨比μ或較小的V腿角度α。②中墩約束剛度K增大使中墩墩底水平力增大最多(約100%),V腿角度α對(duì)其的影響次之(約25%),邊中跨比μ則幾乎沒(méi)有影響(約3%)。與此同時(shí),中墩約束剛度K增大也使中墩墩底彎矩增大最多(約177%),且增幅大于墩底水平力的增幅,邊中跨比μ對(duì)墩底彎矩的影響次之(約10%),而V腿角度α對(duì)其影響較?。s5%)。墩底水平力和彎矩對(duì)于中墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)具有重要影響。而中墩基礎(chǔ)的形式又會(huì)直接影響中墩墩底的約束剛度。因此,在設(shè)計(jì)V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋的中墩基礎(chǔ)時(shí),采用約束剛度較小的單排樁或梅花樁形式,對(duì)于整個(gè)基礎(chǔ)的受力都是有利的。同時(shí),采用較大的邊中跨比μ或較小的V腿角度α,也對(duì)中墩基礎(chǔ)有積極的影響。

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