橋墩計算長度的一種簡化計算方法

劉維

（中榕規劃設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510017）

橋墩計算長度的一種簡化計算方法

劉維

（中榕規劃設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510017）

山區或重丘地區公路橋梁設計過程中經常碰到高墩的情況。對于高墩，設計強度要求一般情況下都容易滿足，因此，其截面尺寸的設計由橋墩的穩定性控制。根據橋梁多跨簡支或連續上部結構對計算橋墩的約束影響，以歐拉理論公式為依據，提出橋墩計算長度的一種簡化方法。實例計算表明，橋墩計算結果較為合理，對橋墩的設計計算有一定的意義，可供相關專業人員參考。

橋墩；計算長度；剛度；支座

本文依照歐拉理論公式，提出一種計算橋墩計算長度l0的方法，可以在一定程度上加快計算進度，對實際工程設計具有一定的參考意義。

1 計算假設及簡圖

工程實際中，橋墩上端均設有支座，以通常的板式橡膠支座為例，正常受力情況下（即不出現滑動或支座破壞），支座的水平位移與轉角都較小，說明此時上部結構對下部結構存在水平及彎曲約束。該情況下，橋墩的上端約束不屬于上述特殊情況的任意一種，為得到該橋上部約束對橋墩計算長度的影響，可將結構計算圖示作如下簡化。本文暫不考慮樁基影響，按墩底固結處理，同時忽略上部梁體對梁端彎矩的約束作用[2]以及墩身自重的影響，具體計算圖示見圖1.

圖1 橋墩計算簡圖

2 計算理論及公式推導

根據上述簡化圖示，橋墩任意截面的彎矩M（x）＝-Fcr（δ－v）＋P（l－x），代入彎矩與曲率間的關系[3]M（x）＝-EIv"，有EIv"＝Fcr（δ－v）－P（l－x），v"

式（1）中：l為橋墩實際高度；EI為橋墩截面抗彎慣性矩；k合為其他相關橋跨對橋墩的約束抗推剛度.

考慮特殊情況：①當上端自由時，即k合＝0，有tan（kl）＝∝，從而有計算長度系數β＝2；②當上端不移動鉸約束時，k合＝∝，tan（kl）＝kl，可得kl＝4.493 4，從而得β＝0.7.

在實際工程中，對于橋梁而言，在溫度、收縮徐變以及其他上部結構傳遞的縱向水平力作用下，墩頂會有一定的水平位移，所以橋墩的計算長度系數β通常都在1～2之間。

影響計算長度系數的因素較多，比如橋墩的截面形狀、截面的抗推剛度、設置支座的類型以及下部結構的約束情況等均會對橋墩計算長度系數β產生影響，所以憑設計者的經驗選用計算長度系數β可能存在較大的隨意性，容易造成較大誤差。

3 實橋計算實例

廣東惠州龍門縣某山區道路橋橋跨布置為8×25＝200 m，上部結構中間一聯5跨采用先簡支后連續T梁結構，其余采用簡支跨；下部采用樁柱式橋墩，樁基直徑1.8 m或1.6 m，墩柱采用1.6 m或1.4 m，選取中間一聯5×25 m為計算對象，墩高依次為20.54 m、32.15 m、32.53 m、31.33 m、26.38 m、21.01 m，橋墩采用板式橡膠支座GJZ300×550×87，其橋型布置圖見圖2.

圖2 某橋橋型布置圖

以3#墩為例，其墩高h＝32.53 m，由于該橋墩樁基位置覆蓋層較薄，入土很快即為花崗巖，且強度較大，可按樁底固結考慮。E墩I墩＝9.65×106kN·m2，×104kN·m。

各橋墩、支座抗推剛度及組合剛度見表1.

表1 各橋墩的抗彎剛度

由文獻[4]可知各橋墩之間的相互約束關系，即該聯橋跨對3#墩的約束剛度k合＝3.82E＋0.5.將上述各式代入式（1）中，取值l＝32.53 m，有tan（32.53k）＝32.53k－25.26k3，可得k＝0.059（舍去k＝0），進而可得3#橋墩的計算長度

4 結束語

本文提出的計算方法綜合考慮了橋墩高度及剛度、支座的剛度、相鄰橋跨上部結構對該墩的約束作用，可避免在高墩設計過程中因計算長度取值不恰當造成的設計過于保守及不安全，對設計有一定的借鑒及參考作用。

［1］中交公路規劃設計部.JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］潘志炎，史方華.高墩穩定性分析［J］.公路，2004（9）.

［3］龍馭球，包世華.結構力學［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］袁倫一.連續橋面簡支梁墩臺計算［M］.北京：人民交通出版社，1998.

U443.22

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.113

2095－6835（2017）20－0113－02

〔編輯：劉曉芳〕