墩間系梁對雙肢薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)穩(wěn)定性的影響

馬玉全，王景奇

(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司)

墩間系梁對雙肢薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)穩(wěn)定性的影響

馬玉全，王景奇

(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司)

利用有限元軟件MIDAS/Civil對雙肢薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋的最大懸臂狀態(tài)和成橋運營狀態(tài)進行穩(wěn)定分析，并考慮日照溫差和施工過程中的不平衡荷載以及靜風(fēng)荷載的影響，討論墩間系梁道數(shù)及系梁位置對雙肢薄壁高墩穩(wěn)定性的影響。對結(jié)果進行分析總結(jié)，從而為此類橋梁的設(shè)計積累一些經(jīng)驗。

連續(xù)剛構(gòu)橋;雙肢薄壁高墩;墩間系梁;穩(wěn)定性

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)體系，跨徑組合為(65+120+65)m。橋面寬度16.75 m，底面全寬8.0 m，頂面全寬16.75 m，主梁用2次拋物線變截面箱梁，梁高從跨中2.9 m漸變至墩梁固結(jié)處的7.5 m;墩身采用雙肢薄壁空心墩，兩主墩高分別為93 m、78 m，墩身采用C40混凝土。墩身截面如圖1所示。

圖1 雙肢薄壁空心墩墩身截面

2 分析模型

采用橋梁專用有限元計算軟件MIDAS/Civil 2010進行計算，計算荷載主要考慮:結(jié)構(gòu)重力、預(yù)應(yīng)力、溫度效應(yīng)、收縮徐變效應(yīng)、汽車活載及其制動力、風(fēng)荷載。計算中未考慮地震力的影響。所有荷載(作用)均按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中相應(yīng)規(guī)定選取。

(1)最大懸臂施工階段最不利荷載工況

圖2 最大懸臂施工階段荷載示意圖

最不利荷載工況。自重+不平衡荷載作用，如圖2所示。不平衡荷載主要考慮一邊掛籃跌落，掛籃荷載取P=1 250 kN(考慮動力放大系數(shù)1.2)，懸臂單邊堆載為q1=10.0 kN/m，考慮梁體澆筑不均勻，一個懸臂自重力增大5%，按單側(cè)懸臂作用有q2=14.5 kN/m均布荷載計算。

(2)運營階段最不利荷載工況

最不利荷載工況。自重+二期恒載+活載+制動力+縱橋向組合風(fēng)荷載+橋墩日照溫差(縱橋向溫差5℃)。組合風(fēng)荷載橋面高度處設(shè)計風(fēng)荷載為25 m/s計算。

運營階段荷載工況中均考慮整體升降溫(升溫15℃、降溫20℃)、橋面梯度溫度(按規(guī)范規(guī)定考慮)、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力鋼束效應(yīng)。

3 計算結(jié)果分析

3.1 系梁道數(shù)對雙肢薄壁墩穩(wěn)定性的影響

對墩高93 m雙薄壁墩等間距布設(shè)的方法分別設(shè)0，1，2，3道系梁進行穩(wěn)定性分析，研究系梁道數(shù)對雙肢薄壁空心墩穩(wěn)定性的影響，計算結(jié)果見表1。

表1 系梁道數(shù)與雙肢薄壁空心墩穩(wěn)定性的關(guān)系

由計算結(jié)果可知，在懸臂施工階段及橋梁運營階段設(shè)置l道系梁較不設(shè)系梁時穩(wěn)定荷載分別提高151.4%及165.3%，設(shè)置2道系梁時穩(wěn)定系數(shù)較設(shè)置1道系梁時穩(wěn)定系數(shù)分別提高40.3%及53.8%，設(shè)置3道系梁時穩(wěn)定系數(shù)較設(shè)置2道系梁時穩(wěn)定系數(shù)分別提高0.67%及24.9%。增設(shè)系梁使得墩身剛度變大，抵抗變形能力增強，失穩(wěn)荷載隨之增大，但當(dāng)橫系梁增加到3道時最大懸臂施工階段穩(wěn)定系數(shù)已基本沒有提高，運營階段穩(wěn)定系數(shù)提高也不明顯，而且高墩的系梁處局部受力復(fù)雜，其主拉壓應(yīng)力較高墩自身的應(yīng)力可能大很多，可見，多設(shè)系梁對墩身穩(wěn)定并不利。

3.2 系梁位置對雙肢薄壁墩穩(wěn)定性的影響

(1)1道系梁位置對雙肢薄壁墩穩(wěn)定性的影響

計算93 m空心薄壁墩在墩身不同位置設(shè)置1道系梁時，橋梁最大懸臂施工狀態(tài)及成橋運營狀態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)，研究墩身穩(wěn)定性與1道系梁位置的關(guān)系，計算結(jié)果如圖3～4所示。

圖3 施工階段1道系梁位置與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)圖

圖4 運營階段1道系梁位置與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

(2)2道系梁位置對雙肢薄壁墩穩(wěn)定性的影響

計算93 m空心薄壁墩在墩身不同位置設(shè)置2道系梁時，橋梁最大懸臂施工狀態(tài)及成橋運營狀態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)，研究墩身穩(wěn)定性與2道系梁位置的關(guān)系，計算結(jié)果如圖5～6所示。

由上述計算結(jié)果可知，雙薄壁墩若設(shè)一道系梁，設(shè)在墩中部穩(wěn)定系數(shù)最大，偏下或偏上設(shè)系梁穩(wěn)定系數(shù)都將減小。雙薄壁墩若設(shè)兩道系梁，懸臂施工階段均勻布設(shè)于墩身時穩(wěn)定系數(shù)最大，兩頭分散布設(shè)系梁或偏墩中部布設(shè)穩(wěn)定系數(shù)都將減小。

圖5 施工階段2道系梁位置與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

圖6 運營階段2道系梁位置與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

4 結(jié)論

在滿足橋梁運營穩(wěn)定性要求的前提下，雙肢薄壁墩沒必要多設(shè)系梁。為保證施工過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可在懸臂施工階段設(shè)置臨時的肢墩間橫撐，以滿足此階段墩身穩(wěn)定要求。雙肢薄壁高墩，無論設(shè)置1道或2道系梁，將系梁均勻布置于墩高范圍內(nèi)更有利于橋梁的整體穩(wěn)定性。

［1］馬保林，李子青.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004)［S］.中華人民共和國交通部發(fā)布，2004.

［3］范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁［M］.北京:人民交通出版社，1988.

［4］李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(修訂版)［M］.北京:中國鐵道出版社，2002.

TU443.35

A

1008-3383(2013)07-0103-02

2012-11-17

馬玉全(1982-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，研究方向:橋梁設(shè)計及理論;王景奇(1972-)，男，副總工程師。

廣東省交通廳科技項目，項目編號:200626，項目名稱:山區(qū)高速公路高墩結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。