李盛家 LI Sheng-jia

（廣西新發(fā)展交通集團有限公司，南寧 530029）

0 引言

V形墩連續(xù)剛構橋因其造形別致、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)剛構橋的變形，V形墩連續(xù)剛構橋除了造形上富有特色以外，其力學性能也發(fā)生了較大的變化。因此對其進行相關研究，本文以景觀橋為背景，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V形墩連續(xù)剛構橋的設計參數進行影響性分析[5，6]，分布研究邊中跨比μ、V腿角度α、中墩約束剛度K對V形墩連續(xù)剛構橋支反力和內力的影響規(guī)律，相關工作可為類似V形墩連續(xù)剛構橋設計提供參考依據[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，V腿與豎直夾角52.5°，橋寬為12.5m。橋梁總體布置圖見圖1。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：mm）

2 V形墩連續(xù)剛構橋參數特性研究

2.1 邊中跨比μ對結構效應的影響

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，其對應的邊中跨比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構效應。

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

圖2 邊中跨比μ對邊墩和中墩支反力的影響

由圖2可見，當邊中跨比μ逐漸增大時，中墩支反力有減小的趨勢，而邊墩支反力有增大的趨勢。當邊中跨比過小時，邊墩在最小標準組合作用下可能出現負反力，即在實際結構中表現為支座脫空，這將對結構的安全使用產生影響。因此在設計過程中不宜選取過小的邊中跨比。

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

圖3 邊中跨比μ對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，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減小的趨勢。從具體數值上分析，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；而中墩墩底彎矩則減小了10%。由此可見，在實際的設計中，適當選取較大的邊中跨比能夠降低中墩墩底彎矩，這對于中墩樁基的受力是有利的，同時也能夠降低樁基的造價。

2.2 V腿角度α對結構效應的影響

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構效應。

①不同V腿角度α對V形墩連續(xù)剛構橋邊墩和中墩支反力的影響見圖4。

圖4 V腿角度α對邊墩和中墩支反力的影響

由圖4可見，當V腿角度逐漸增大時，中墩反力逐漸增大而邊墩反力逐漸減小。若V腿角度過大，在最不利荷載組合作用下，邊墩有可能出現負反力，即支座脫空，將對結構的安全使用產生不利影響。因此在設計時，不宜采用過大的V腿角度。

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

圖5 V腿角度α對中墩墩底水平力和彎矩的影響

由圖5可以看出，當V腿角度增大時，中墩墩底的水平力和彎矩呈現出增大的趨勢。具體來看，中墩墩底的水平力比墩底彎矩對V腿角度的變化更為敏感。當V腿角度由45°增大到60°時，中墩墩底水平力增大了25%，而中墩墩底彎矩僅增大了5%。但從數值上分析，中墩墩底彎矩較大而水平力較小，對于基礎，仍需按壓彎構件進行強度設計。

2.3 中墩約束剛度K對結構效應的影響

分別計算中墩約束剛度K為0.5K、1.0K、1.5K、2.0K的有限元模形（其中K為本設計中采用的單排樁等效約束剛度），得到各自的結構效應。

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

圖6 中墩約束剛度K對邊墩和中墩支反力的影響

由圖6可見，不同的中墩約束剛度對于結構支反力的影響很小，都在3%以內，以至于在圖中變化趨勢很不明顯。這樣的變化幅度，在工程中可以幾乎可以忽略，因此在設計中可以不考慮中墩約束剛度對于結構支反力的影響。

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

圖7 中墩約束剛度K對中墩墩底水平力和彎矩的影響

由圖7可以得到，當中墩約束剛度增大時，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%。數據表明中墩墩底彎矩對約束剛度更為敏感，并且約束剛度越強，對于基礎的受力越不利。

3 結論

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V形墩連續(xù)剛構橋的設計參數進行影響性分析，得到以下結論：①邊中跨比μ增大或V腿角度α減小，會減小中墩支反力，增大邊墩支反力。中墩墩底約束剛度的變化對于結構支反力幾乎沒有影響。對于V形剛構這種結構體系，本身就存在中墩反力遠大于邊墩反力的特點，因此在最不利情況下，邊墩有可能出現負反力即支座脫空的現象。所以，在結構設計時，應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對其的影響次之（約25%），邊中跨比μ則幾乎沒有影響（約3%）。與此同時，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對墩底彎矩的影響次之（約10%），而V腿角度α對其影響較小（約5%）。墩底水平力和彎矩對于中墩基礎的設計具有重要影響。而中墩基礎的形式又會直接影響中墩墩底的約束剛度。因此，在設計V形墩連續(xù)剛構橋的中墩基礎時，采用約束剛度較小的單排樁或梅花樁形式，對于整個基礎的受力都是有利的。同時，采用較大的邊中跨比μ或較小的V腿角度α，也對中墩基礎有積極的影響。