連續T梁結構穩定性分析

楊 勇

（河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州450000）

由于山嶺地區山高谷深，地形復雜，路線布設中不可避免地出現平面曲線半徑小，縱、橫坡大，橋長較長的橋梁。為保證橋梁在運營使用階段的安全、舒適、耐久性，橋梁多設計為預應力連續結構，預應力砼曲線連續梁橋的特點是產生彎扭耦合作用，在彎扭耦合作用下，曲線梁橋會沿著某一不動點變形。而對于大長縱坡橋梁，在汽車制動力頻繁、反復作用下，上部結構具有沿著下坡方向滑移的趨勢，而且梁體的下滑很難恢復。當橋梁上下構間采用支座連接時，梁體的錯動將導致支座受力不平衡，甚至脫空、破壞。

因此，計算分析比較山區全連續結構以及連續—剛構混合體系結構柱式高墩的穩定性十分必要。

1 分析標準及依據

本橋梁設計速度為80km/h，荷載為公路-I級，單幅橋寬度布置為11m（行車道）+2×0.5m（防撞護欄）[1]。本地區地震動峰值加速度小于0.05g，反應譜特征周期為0.35s。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），本區基本烈度為Ⅵ度，根據《公路橋梁抗震設計細則》對大型構造物等抗震重點工程的規定，可比基本烈度提高一度，即按Ⅶ設防[2]。

2 分析假定

2.1不考慮滑動支座的摩阻力；

2.2不考慮縱、橫坡的影響，按照平橋進行建模計算；

2.3墩底固結，建模不考慮樁基礎的影響

3 結構分析

采用橋梁綜合程序MIDAS/Civil，Civil2011版本進行計算。根據橋梁的實際施工過程和施工方案劃分施工階段，根據最不利荷載工況分別進行加載，按規范中所規定的各項容許指標，驗算橋墩穩定性是否滿足要求。

3.1 結構形式

本橋采用部頒30mT 梁結構，T梁頂寬1.7m，翼緣板濕接縫寬度為0.7m，上部結構由5片T梁組成，柱徑隨墩高階梯變化，柱徑1.4m、1.8m、2m、2.2m。橋梁橫斷面如下圖所示。

圖1 結構橫斷面圖

3.2 結構離散

上部按梁格法建模，縱梁之間用橫向聯系梁連接，墩梁固結處梁、蓋梁之間采用彈性連接的剛性連接，結構連續或邊墩處采用鉸接連接。建模結構為4×30m裝配T梁結構，模型離散圖如下。

3.3 結構分析荷載類型

3.3.1 永久荷載

3.3.1.1 恒載

一期恒載：T梁、蓋梁、墩身各部分自重。

T梁容重：26kN/m3，T梁斷面實際尺寸精確輸入。

墩身容重：25kN/m3。

二期恒載：單片T梁橋面鋪裝，單側防撞護欄。

9cm瀝青混凝土q1=0.09×2.4×24＝5.18KN/m。

8cmC50混凝土調平層q2=0.08×2.4×25＝4.8KN/m。

防撞護欄：每延米重q=0.4×25=10KN/m（0.4為單側護欄橫截面面積）。

橋面鋪裝q=q1+q2=9.98KN/m。

C50砼T梁：根據規范《JTGD62-2004》第3.1.3～5條，fck=32.4Mpa，ftk=2.65Mpa，fcd=22.4Mpa，ftd=1.83Mpa，Ec=3.45×10Mpa。

C40砼主墩：根據規范《JTGD62-2004》第3.1.3～5條，fck=26.8Mpa，ftk=2.4Mpa，fcd=18.4Mpa，ftd=1.65Mpa，Ec=3.25×104Mpa。

根據規范《JTGD62-2004》第3.1.6條，砼泊松比νc=0.2。

根據規范《GB50010-2010》第4.1.8條，線膨脹系數為1×10－5。

3.3.1.2 收縮徐變[3-4]

第34施工階段，考慮收縮徐變天數10000天，橋梁所在橋梁環境年平均濕度取80%（規范《JTGD62-2004》第6.2.7條文說明，根據當地國家基準氣候站數據，日平均相對濕度89）。

3.3.2 基本可變荷載

公路-Ⅰ級，按照3個車道進行縱橫向布載。

3.3.3 其他可變荷載

3.3.3.1 溫度荷載：年均升溫+25℃，年均降溫-20℃。（規范《JTGD60-2004》第4.3.10條表4.3.10-2）

3.3.3.2 橋面溫度梯度按《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2004）推薦的模式，10cm瀝青混凝土鋪裝，升溫溫 差T1=15.2℃，T2=5.74℃，降 溫 溫 差T1=-7.6℃，T2=-2.87℃。計入溫度自應力。

3.3.3.3 汽車制動力。按規范《JTGD60-2004》第4.3.6條之規定，制動力不計汽車荷載的沖擊力，一個車道上的制動力按加載長度上車道荷載標準值的總重力的10%計算，但不得小于165kN，同向行駛3車道的汽車荷載制動力標準值為一個設計車道制動力標準值的2.34倍。

制 動 力H=（10.5×120+280）×0.1×2.34=360.36kN＞165kN，取360.36kN。

3.3.3.4 汽車沖擊力。汽車動荷載按《公路橋涵設計通用規范》JTGD60-2004的規定，根據結構基頻計算。

3.3.3.5 風荷載。根據本橋址處地表狀況，地表粗糙度定為D級。按《JTGD60-2004》規范第4.3.7條之規定：

Fwh=k0k1k3WdAwh

Wd=rV2d/2g

Vd=k2k5V10

r=0.012017e-0.0001Z

根據規范《JTGD60-2004》取值：k0=1.0，橋墩k1=1.2，橋面k1=1.3，k2=1.29，k3=1.4，k5=1，V10=24.2m/s，Z=50m。

則縱橋向橋墩風荷載:

Fwh=0.7k0k1k3WdAwh=222.04kN

風載按均布荷載施加在橋墩上，

q=Fwh/Z=4.5kN/m

橫橋向橋墩風荷載，

Fwh2=k0k1k3WdAwh=317.2kN

橫橋向橋墩風載按均布荷載施加在橋墩上，

q2=Fwh2/Z=6.4kN/m

橫橋向橋面風荷載（Z=53m，橋面梁高取值2m），

Fwh3=k0k1k3WdAwh=413.8kN

橫橋向橋面風載按均布荷載施加在橋面上，

q3=Fwh3/Z=7.8kN/m

3.4 穩定性結構分析

根據不同荷載工況，分以下6種工況：橋墩施工完畢、蓋梁施工、架梁、體系轉換、成橋、運營。根據穩定性計算結果，工況6-運營階段為最不利荷載工況。

3.4.1 中墩墩梁固結

工況為運營階段。

圖2 結構離散圖

3.4.1.1 荷載：自重+預應力+順橋向風載+整體溫度變化+溫度梯度+制動力。

表1 屈曲分析表（墩高50m）

圖3 橋墩順橋向失穩（模態1）

3.4.1.2 荷載：自重+預應力+橫橋向風載+整體溫度變化+溫度梯度+制動力。

表2 屈曲分析表（墩高50m）

圖4 橋墩順橋向失穩（模態1）

3.4.2 全連續結構

工況為運營階段。

3.4.2.1 荷載：自重+預應力+順橋向風載+整體溫度變化+溫度梯度+制動力。

表3 屈曲分析表（墩高50m）

圖5 橋墩順橋向失穩（模態1）

3.4.2.2 荷載：自重+預應力+橫橋向風載+整體溫度變化+溫度梯度+制動力。

表4 屈曲分析表（墩高50m）

圖6 橋墩順橋向失穩（模態1）

中墩墩梁固結，運營階段，墩高50m時第一階失穩模態為順橋向失穩，最小特征值為8.56；全連續結構，運營階段，墩高50m時第一階失穩模態為順橋向失穩，最小特征值為6.59。特征值均大于5，說明運營階段穩定性滿足要求[5]。

4 結語

對結構不利工況—成橋階段進行了穩定性分析，計算結果均滿足規范要求，連續—剛構混合體系的穩定性優于全連續結構。

當縱坡較大、墩高較高時，為防止梁體縱向滑移，增強橋梁的整體剛度，聯內取較高的中墩作墩梁固結十分必要。

［1］JTGB01-2003.中華人民共和國交通部部標準《公路工程技術標準》［S］.2003.

［2］JTGTB02-01-2008.中華人民共和國交通部部標準《公路橋梁抗震設計細則》［S］.2008.

［3］JTGD62-2004.中華人民共和國交通部部標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》［S］.2004.

［4］JTGD63-2007.中華人民共和國交通部部標準《公路橋涵地基與基礎設計規范》［S］.2007.

［5］GB 18306-2001.中華人民共和國國家標準《中國地震動參數區劃圖》［S］.2001.