樁土效應對大跨連續剛構橋的受力性能影響

侯利鋒，劉 建

(長沙理工大學土木與建筑學院)

1 群樁基礎的簡化計算方法

為減少整體模型單元的劃分數和簡化計算，在計算連續剛構橋時，用比擬桿件法，根據等效原理，將群樁模型簡化。即根據等剛度原則將群樁等效為門形剛架，如圖1 所示，兩側立柱的底端均為固結、頂端的橫梁剛度為無窮大。

圖1 群樁基礎等代模型

2 計算實例

郴州山店江大橋為預應力混凝土連續剛構橋橋型布置為104.68 m+200 m +104.68 m，橋面總寬度24 m，按兩幅布置，主墩最大高度為127.5 m，另一墩高119.1 m。單幅箱梁頂部全寬12 m，底面全寬6.5 m。梁體采用1.8 次拋物線變截面分離矩形箱梁，梁高從跨中3.5 m 漸變到墩梁固結處的12 m;腹板厚度從跨中的0.50 m 漸變到墩梁固結處的0.90 m底板厚度從跨中0. 32 m 漸變到墩梁固結處的1.20 m，頂板厚度0.28 m;采用三項預應力體系。主梁截面如圖1。梁樁基為12 根直徑250 cm 的鋼筋混凝土人工挖孔灌注樁，樁身為30 號混凝土，樁長42 m。土體對樁身的抗力按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》中的“m”法計算。根據規范求得該橋樁基基礎各土層位置處的地基系數橋梁模型主要參數值:

深度5 m 內，地質條件:含碎石亞粘土(m=25 MN/m4)，K取125 MN/m3;深度20 m 內，地質條件:強風化變質砂巖(RC=5 MPa)，K 取2750 MN/m3;深度45 內，地質條件:中風化變質砂巖(RC=10 MPa)，K 取8875 MN/m3。

主梁混凝土為C60混凝土，彈性模量取3.6 ×104MPa，容重26.5 kN/m3，泊松比0.167;墩身混凝土為混凝土C55號，彈性模量取3. 55 × 104MPa，容重26. 5 kN/m3，泊松比:0.167;承臺、系梁混凝土C30號，彈性模量取3 ×104MPa;容重25 kN/m3;泊松比:0.167。

預應力鋼絞線的彈性模量取2.06 ×105MPa，抗拉標準強度為1 860 MPa，張拉控制應力為1 395 MPa，孔道摩察系數0.15，孔道偏差系數0.001 5，鋼筋松弛系數0.3，錨具變形6 mm。

經Midas_civil2010 計算輸出結果為:

δQQ=3.896×10－8m/kN，δMQ=6.715×10－10rad/kN，δNN=1.065×10－8m/kN，δMM=1.61×10－10rad/kN。得立柱高度H=8.341 m，A=13.055 m2，I=22.295 8 m4，L= 16.055 m，進一步換算為矩形截面時，he=4.527 m，be=2.883 m。

3 樁土效應對大跨連續剛構橋的受力影響

將考慮樁土效應模型與未考慮樁土效應模型分別計算，并比較主梁受力情況:長期效應組合:①1.2 永久荷載效應值+1.0 長期收縮徐變和②1.2 永久荷載效應值+1.0 長期收縮徐變+1.4 降溫20 ℃。主梁關鍵截面的關鍵截面的撓度、內力如表1，表2。

表1 主梁關鍵節單元彎矩值比較

表2 主梁關鍵節點豎向撓度值比較

從表1 對比分析，可知考慮樁土效應后使高墩大跨連續剛構橋主梁撓度有所增加，但考慮溫度影響后，考慮樁土效應比不考慮樁土效應的下撓值增加比較大，在橋梁監控中要考慮這一部分影響。從表2 知兩種組合在考慮樁土效應后高墩大跨連續剛構橋主梁的負彎矩值有所降低，在墩頂有“削峰”的作用，改善結構的受力。

4 結 論

(1)結合某大跨連續剛構橋，采用Midas_civil2010 建模比較，考慮樁土效應，主梁長期受力有所改善，而且能更真實的反映橋梁在荷載作用下的變形。

(2)在溫度的作用下，高墩大跨剛構橋的樁土效應相當明顯，在施工預拱度方面要加上這一影響值，以免影響成橋的線型。

(3)建議在設計大跨度連續剛構橋特別是矮墩剛構橋時，將基礎設計成柔性基礎，以改善結構的受力。

［1］ 萬科峰.橋梁結構分析中樁基的簡化方法－樁基等代法［J］.中南公路工程，1990，(3).

［2］ 林至勝.樁土效應對矮墩連續剛構橋的受力分析影響［J］. 中國水運，2008，(11).

［3］ 中華人民共和國交通部. 公路橋涵地基與基礎設計規范(JTJ 024－85)［S］.北京:人民交通出版社，1985.