輔助墩布置對組合梁斜拉橋靜力性能的影響分析

尹超，楊善紅 （安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

對于大跨度斜拉橋，由于活載加載時錨墩支座反力和端錨索應力幅變化均比較大，單靠調整邊中跨比例來協調上述二者間的矛盾往往很困難。若在邊跨適當位置處設置一個或多個輔助墩，不僅可以改善成橋狀態下靜力性能，同時還可爭取邊跨提前合龍，減小懸臂長度，特別是提高最不利懸臂施工狀態的風致穩定性，降低施工風險。另一方面，輔助墩的設置對結構動力特性也會產生的顯著影響。

邊跨輔助墩的設置必須綜合考慮以下幾個方面的因素：船只通航要求；結構體系靜力及動力性能上的要求;施工組織方案與施工風險；上、下部工程經濟性；邊跨分孔與主橋、引橋在跨徑上的協調，以及橋址地形特點等。

2 計算模型

為研究不同輔助墩設置對斜拉橋靜力性能的影響，分析計算主跨5OOm,638m,800m斜拉橋邊跨分別設置1，2，3個輔助墩的情況。

3 靜力性能分析

圖1 主跨638m邊跨設置一個輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

圖2 主跨638m邊跨設置兩個輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

圖3 主跨638m邊跨設置三個輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

在大跨橋梁結構荷載作用當中，汽車荷載占有很大一部分比例，為分析邊跨輔助墩個數對組合梁斜拉橋剛度影響，在主跨5O0m、638m、800m組合梁斜拉橋基礎上，變化各個模型輔助墩個數，在計算模型結果中，主要提取汽車荷載引起主跨跨中最大正撓度、最大負撓度及橋塔塔頂向江側及岸側的偏位，同時分析比較輔助墩個數比較對橋塔內力及活載索力的影響。

輔助墩的設置對組合梁斜拉橋的整體剛度有一定的影響。在活載作用下，分別設置1個、2個、3個輔助墩時，638m主跨跨中最大正撓度從12.58cm減少到4.6cm，最大負撓度從52.03cm減少到47.25cm；從下圖中可以看出，輔助墩的設置對主梁撓度只是有一定程度的影響，塔頂偏位也表現出類似的情況。由于輔助墩數量的增加，在支點位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對索塔的約束，從而導致塔頂變形和主梁跨中撓度減小，塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結構剛度。

主跨638m不同輔助墩數量結構變位（單位：cm）

不同跨徑不同輔助墩數量結構變位（單位：cm）

圖4 不同跨徑不同輔助墩個數剛度比較(單位：cm)

圖5 主跨638m不同支點數主梁活載撓度比較（單位：cm）

圖6 主跨638m不同輔助墩個數索塔活載縱向變形比較(單位：cm)

圖7 不同輔助墩個數主梁變形比較

圖8 不同輔助墩個數塔頂位移比較

組合梁斜拉橋作為纜索承重體系，索塔在整個結構體系中的作用至關重要，由于輔助墩數量的增加，在支點位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對索塔的約束，從而使得塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結構剛度。輔助墩個數從1個增加到3個時，索塔塔根最大彎矩從3.99×105kN·m減少到2.96×105kN·m。影響效果比較明顯，但就優化索塔塔根彎矩而言，設置兩個輔助墩是最經濟合理的，但是輔助墩的設置同時也需要考慮到通航的要求，橋址的地形特點等因素。

圖9 主跨638m不同輔助墩個數主塔塔根最大、最小彎矩

輔助墩數量增加，對中跨索力影響較小，對邊跨索力影響較大，其中當輔助墩個數由1個增加到2個時，主跨5OOm組合梁斜拉橋端錨索力幅值可降低21.4%，主跨638m時較低15.94%，主跨800m時降低20.8%，但當輔助墩個數增加到3個時，端錨索索力較2個輔助墩情況降幅十分有限。

4 小結

研究表明，不同數量的輔助墩對大跨徑組合梁斜拉橋結構受力呈現下列規律。

①.由于輔助墩數量的增加，在支點位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對索塔的約束，從而導致塔頂變形和主梁跨中撓度減小，塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結構剛度。

②.由于輔助墩數量增加，索塔縱向變形變小，顯著減小索塔的活載彎矩，同時減小輔助墩頂單個支點反力，但當輔助墩數增加到3個時，對減小索塔縱向變形效果明顯減小，對提高結構整體剛度貢獻有限。

③.輔助墩數量增加，對中跨索力影響較小，對邊跨索力影響較大，其中當輔助墩個數由0增加至1個時，端錨索索力幅值降低最明顯，在50%～60%之間；當輔助墩個數由1個增加到2個時，端錨索索力幅值降低在15%～20%之間；但當輔助墩個數增加到3個時，端錨索索力較兩個輔助墩情況降幅十分有限，僅考慮邊跨斜拉索索力優化而言，在設計中邊跨采用1個輔助墩比較經濟合理，但是隨著跨徑的進一步提升，可以通過增加輔助墩來改善結構的受力。

④.輔助墩的設置還需要同時兼顧考慮到船只通航要求，結構體系靜力及動力性能上的要求，施工組織方案與施工風險，上、下部工程經濟性，邊跨分孔與主橋、引橋在跨徑上的協調，以及橋址地形特點等。