雙跨式連續剛構橋與連續梁橋靜動力對比分析

摘 要：本文以跨徑為2×50m連續剛構橋與連續梁橋為例，在截面尺寸、材料類型、施工方法均相同的條件下，建立了兩座橋梁的有限元模型。通過對兩跨式連續剛構橋及連續梁橋的靜、動力計算，比較分析了兩種橋型的靜動力特性。研究結果表明：在剛構橋橋墩柔度較小的情況下，連續剛構橋主梁的靜力特性與連續梁橋類似，在設計時可以按連續梁橋進行設計；連續剛構橋自振周期大小與連續梁橋基本相同，兩種結構低階振型及頻率相差較小，而高階振動頻率差異較大。研究結論可為同類型橋梁的設計及方案比選提供參考。

關鍵詞：連續剛構橋；連續梁橋；靜動力分析；動力特性

引言

我國自五十年代中期開始修建預應力混凝土梁橋，至今已有六十年的歷史。經過幾十年來預應力混凝土橋梁技術的廣泛應用，連續梁橋的設計、結構分析、試驗研究、預應力材料及工藝設備、施工工藝等方面已日趨成熟。跨徑在150m以內的橋型中，預應力連續梁橋在公路、城市和鐵路橋梁工程中得到廣泛采用[1]。然而，隨著橋梁跨徑的增大和橋墩的增高，支架施工工藝受到了極大的限制。為了解決這個難題，利用橋墩本身的抗彎剛度來抵御不平衡彎矩的懸臂施工法應運而生，這就出現了T型剛構橋。近年來，隨著高速交通的迅速發展， 要求行車平順舒適，多伸縮縫的T 型剛構也不能很好滿足要求[2]。懸臂施工時，梁墩臨時固結，合攏后梁墩處改設支座，轉換體系而成連續梁。連續梁除兩端外其他無伸縮縫，有利于行車，但需梁墩臨時固結和轉換體系，同時需設大噸位盆式支座，費用高， 養護工作量大。于是連續剛構應運而生，近年來得到較快的發展。其結構特點是梁體連續、梁墩固結，既保持了連續梁無伸縮縫、行車平順的優點，又保持了T 型剛構不設支座、不需轉換體系的優點。施工方便，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能滿足特大跨徑橋梁的受力要求。[3，4]

1 橋梁概況

2 有限元模型

2.1 靜力模型

兩種橋型的靜力模型均用橋梁專用設計程序公路橋梁結構設計系統（GQJS）完成。連續剛構模型主梁劃分為32個單元，具體單元長度劃分根據截面腹板變化確定；橋墩單元劃分為5個單元，主梁中間節點和墩頂節點通過剛臂形成公共節點；墩底處支座設為固接，左、右跨支座設為滑動支座。連續梁模型主梁劃分為32個單元，單元長度劃分同剛構模型，左跨支座設為固定支座，中間及右跨支座設為滑動支座。活載計算采用公路I級。兩種橋型結構離散圖如圖2所示。

2.2 動力模型

3 計算結果對比分析

3.1 靜力特性對比分析

3.2 動力特性對比分析

連續剛構各階振型中以主梁反對稱振動為主的振型對應的頻率比連續梁相應振型對應的頻率稍大，這是因為連續剛構主梁反對稱振型中，墩的約束作用使得連續剛構剛度有所增加；而以主梁正對稱振動為主的振型對應的頻率比連續梁對應振型的頻率要小很多，這是因為連續剛構主梁正對稱振型中橋墩的彈性約束比連續梁中支點處固接約束為弱引起的[5]。圖3為連續剛構及連續梁的一階振型圖。

4 結論

通過對雙跨式連續剛構橋及連續梁的靜、動力特性計算、對比分析可以得出以下結論，供該類橋設計及方案比選參考。

4.1 在剛構橋橋墩柔度較小的情況下，雙跨式連續剛構橋主梁的靜力特性與連續梁橋類似，在設計時可以按連續梁橋進行設計。

4.2 連續剛構橋墩在設計時應避免由于橋墩剛度過大，使得橋墩承受較大內力。可見連續剛構橋橋墩，縱橋向剛度在滿足橋梁施工、運行穩定性要求的前提下要盡量小。

4.3 雙跨式連續剛構橋自振周期大小與連續梁橋基本相同。兩種結構低階振型及頻率相差較小，而高階振動頻率差異較大。

參考文獻

[1]周軍生，樓莊鴻.大跨徑預應力混凝土連續剛構橋的現狀和發展趨勢[J].中國公路學報，2000，13（1）：31-38.

[2]楊高中，楊征宇，周軍生，等.連續剛構橋在我國的應用和發展[J].公路，1998，（7）：1-6.

[3]章耀林.連續梁橋懸臂澆注施工綜合問題研究[D].成都：西南交通大學，2010.

[4]李強.預應力混凝土連續剛構橋的發展及存在的問題[J].交通標準化，2009，206（10）：14-16.

[5]劉天培.將金山特大橋高墩大跨連續梁橋設計[J].橋梁建設，2011，33（5）：28-32.