橋墩剛度對連續剛構橋上部結構受力的影響

孟勝毅

(重慶交通大學土木工程學院 400074)

橋墩剛度對連續剛構橋上部結構受力的影響

孟勝毅

(重慶交通大學土木工程學院 400074)

連續剛構橋呈現跨徑增大、跨數增多、墩高增加的趨勢，當墩的高度存在較大的高度差的情況下，在外荷載作用下，墩、梁的內力呈現不均衡性，尤其是由于混凝土收縮徐變、溫度作用、基礎不均勻沉降等將對整個結構帶來較大的不均衡次內力。連續剛構橋墩梁固結，當上部結構參數確定時，墩間相對剛度不同對結構內力分布及變形產生較大的影響，合理的高墩剛度匹配能使結構受力更為合理。文中以某三跨連續鋼構橋為工程背景，首先，運用有限元程序對不同高墩剛度匹配的結構進行分析研究，通過比較分析尋找出影響結構內力及變形的關鍵因素；然后，結合連續剛構橋墩的剛度匹配基本原則，對高墩剛度匹配進行分析研究，進而為墩的剛度匹配優化設計提供有益的參考。

連續剛構橋 高墩 剛度匹配

1 連續剛構橋的發展現狀及研究意義

1.1 連續剛構橋的發展現狀

連續剛構橋是連續梁橋與T形剛構橋的結合體，它結合了連續梁橋和形剛構的全部優點同時避免了其不足之處，從受力、行車舒適度、造價的多方面考慮，這種橋型都比較理想，因此，自從這種橋型被第一次引進中國，隨后就得到了廣泛的發展和應用。

1.2 本文的研究意義

連續剛構橋墩梁固結，上下部結構共同受力，墩的剛度將對結構的位移及內力產生較大的影響。墩梁連接處相當于剛性節點，當墩相對于梁的剛度較大時，由于節點轉動在墩頂處產生較大的內力，從而難以有效發揮墩身的抗彎能力，同時連續剛構橋墩頂也將產生較大的彎矩，不能有效起到卸載作用。根據理論分析，墩的抗推剛度較大時，墩在水平推力作用下墩的水平位移將會減小，但墩的內力將隨之增大，當墩剛度設計較柔時，很好地適應縱向變形，在最大懸臂施工階段及成橋階段穩定性也隨之降低。為滿足成橋線性及內力的需要，設計時要選擇合理的墩剛度。

2 主要構件參數的確定

2.1 上部結構參數的確定

主梁采用單箱單室預應力混凝土箱型斷面。箱梁根部高7.5m，跨中及邊跨直線段（含合龍段）梁高2.8m，梁高按1.8 次拋物線變化，箱底寬5.0m，兩側懸臂長2.0m，全寬9.0 米。0 號段長12.0m，在托架上澆注。兩側各有16 個節段，梁段數及梁段長度為6×3.0m 和10×4.0m。全橋共有3 個合龍段，即兩個邊跨合龍段和1 個中跨合龍段，合龍段長均為2m。

2.2 下部結構參數的確定

連續剛構橋梁體與橋墩固結，梁、墩兩者的受力分配將由其相對剛度所決定。而決定橋墩剛度的參數主要有三個：墩壁數、壁厚和墩高。為了說明橋墩剛度對上部結構受力性能的影響，計算式設置墩高h取值30m、50m、70m、90m四種不同的高度，壁厚采用30cm、45cm和60cm三種，同時考慮墩壁數的影響。

3 有限元建立模型

3.1 模型概況

本文某連續剛構橋為工程背景，采用有限元軟件 midas/civil 2013建立模型，將上部結構結構離散成 96個節點、91 個單元,分別考慮恒載、溫度荷載、收縮徐變下的應力及變形。

3.2 模型分析

3.2.1 雙壁墩與單壁墩的影響

為了進一步說明墩高，墩壁數對連續剛構橋主梁受力性能的影響，分別取墩搞30m、50m、70m和90m。通過midas/civil2013建模分析得到，不同墩搞、墩壁數的連續剛構橋主梁成橋階段在恒載作用下不同位置的彎矩值。

表3-1 不同墩高的單、雙壁墩對成橋階段主梁恒載彎矩的影響（kN·m）

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從表3-1可以看出，采用雙壁墩的最大好處就是：可以明顯減小墩頂負彎矩。這個現象是由于雙壁墩對墩頂彎矩的“削峰”作用造成的。此外，隨著高度的增加，無論單壁墩還是雙壁墩，除了跨中正彎矩增大外，其余兩處邊跨的彎矩都逐漸減小。由此可見，如果僅從減小上部結構內力出發，無疑應采用雙壁墩。無論墩身高低，壁厚變化，雙壁墩都可以減小上部結構的彎矩值。

3.2.2 墩身高度的影響

為探究墩身高度的上部結構受力的影響，此處墩高取值30m、50m、70m、90m，計算出上部結構彎矩變化的情況見表3-2。

表3-2 墩高對上部結構成橋彎矩的影響（kN·m）

從表 3-2可以看出，隨著墩身高度的逐漸增大，邊跨最大彎矩和墩頂負彎矩逐漸減小，而中跨跨中正彎矩去逐漸增大，這同時也說明了，當墩高較小時，不適宜采用連續剛構體系。特別是在附加荷載，如溫度變化，混凝土收縮徐變等作用下，更能說明這一點。

4 結論

通過以上對控制橋墩剛度的三個主要參數變化的分析，得出了連續剛構橋在橋墩剛度改變時主梁的受力情況，進一步說明了雙薄壁高墩的有點。其具體結論如下：

（1）采用雙壁墩可以明顯減小墩頂負彎矩，隨著墩身高度的增加，無論單壁墩還是雙壁墩，除了跨中正彎矩增大外，其余兩處邊跨的彎矩都逐漸減小；

（2）隨著墩身高度的逐漸增大，邊跨最大彎矩和墩頂負彎矩逐漸減小，而中跨跨中正彎矩去逐漸增大；

（3）連續剛構橋為超靜定結構體系，由溫度變化、混凝土收縮徐變、基礎不均勻沉降等引起的附加荷載對結構的影響十分顯著，當墩身高度較小時，其相對剛度較大，無法很好地適應附加荷載引起的內力及位移，不適宜采用連續剛構體系，而應考慮連續梁橋方案。

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R730.58

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1007-6344（2017）10-0078-01