橫系梁對薄壁空心高墩連續(xù)剛構橋施工階段穩(wěn)定性的影響

孫龍華

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

近年來，隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展，連續(xù)剛構橋梁因其具有的梁體連續(xù)、不設支座、方便施工，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度等優(yōu)點，在大跨徑橋梁中得到了十分廣泛的應用[1]。

目前針對連續(xù)剛構橋橋墩橫系梁的研究主要集中在順橋向設置的墩間橫系梁，對于雙幅剛構橋，兩幅間設置的橫橋向墩間系梁研究還較少[2-3]。本文結合工程實際，研究橫橋向系梁對薄壁空心高墩連續(xù)剛構橋施工階段穩(wěn)定性的影響，并分析設置橫橋向系梁的利弊。

1 工程概況

沁水河特大橋位于沁水縣龍崗鎮(zhèn)里必村東側約0.6 km處，橫跨S331省道及沁水河，是高平到沁水高速公路沁水段關鍵性工程；橋梁全長1347 m，分左右幅。

主橋為預應力混凝土連續(xù)剛構橋，直腹板變截面單箱單室箱梁，三向預應力混凝土結構。箱梁頂寬12 m，底寬7.0 m，懸臂長2.5 m；合龍段梁高3.5 m，頂、底板厚0.3 m，0號塊中心高度9.0 m，底板厚1.2 m，從懸臂端到 0號塊梁高按 h=3.5+5.5×（x/69）1.8變化，底板厚按h=0.3+0.7×（x/69）1.8變化。主墩采用雙薄壁空心墩與空心墩的組合形式，墩高在52～84 m之間；過渡墩采用等截面空心墩。橋墩基礎采用鉆孔灌注樁；基礎采用柱式臺，灌注樁基礎。

橋梁主要技術標準為：設計荷載公路-Ⅰ級；設計洪水頻率1/300；地震動峰值加速度0.10g，地震基本烈度Ⅶ；基本設計風速取25 m/s；整體均勻升溫24℃，降溫20℃；結構安全等級一級；環(huán)境類別Ⅰ類。該橋橋型立面布置如圖1所示。

圖1 沁水河特大橋橋型立面布置圖（單位：cm）

2 有限元模型

該橋主梁采用C55混凝土，橋墩采用C40混凝土，剛構主墩墩底固結。本文選取墩高最高的6號剛構墩“T”構（墩高84 m），采用有限元軟件Midas Civil進行模擬計算。單幅和兩幅主橋最大雙懸臂階段單元離散如圖2和圖3所示（雙幅橋型在橋墩中部和頂部施加兩道橫橋向系梁）[4-5]。

圖2 單幅“T”構單元離散圖

圖3 兩幅“T”構單元離散圖（施加兩道橫橋向系梁）

3 施工最大雙懸臂階段穩(wěn)定分析和比較

3.1 穩(wěn)定計算分析

該橋每墩兩側各20個懸臂塊段（含0號塊段），當兩幅間不施加橫橋向系梁，即單幅最大雙懸臂狀態(tài)下僅考慮自重作用下前兩階屈曲模態(tài)如圖4和圖5所示。

圖4 單幅“T”構第一階屈曲模態(tài)圖

圖5 單幅“T”構第二階屈曲模態(tài)圖

兩幅間施加兩道橫系梁后，最大雙懸臂狀態(tài)下僅考慮自重作用下前兩階屈曲模態(tài)如圖6和圖7所示。

圖6 雙幅“T”構第一階屈曲模態(tài)圖

圖7 雙幅“T”構第二階屈曲模態(tài)圖

詳細的比較結果見表1。

表1 不施加和施加橫橋向系梁最大雙懸臂狀態(tài)下失穩(wěn)模態(tài)比較

由表1可知，施加橫橋向系梁后，“T”構第一階失穩(wěn)模態(tài)由橫橋向傾覆變?yōu)轫槝蛳騼A覆，橫橋向傾覆特征值系數(shù)提高95.2%，順橋向傾覆特征值系數(shù)提高2.0%；同時第一階失穩(wěn)模態(tài)特征值系數(shù)提高59.8%。

3.2 施加橫橋向系梁的利弊分析

在施加橫橋向系梁后，橋梁兩幅連為一個整體，對提高橋梁施工期間的穩(wěn)定性有較大幫助，但涉及到對橋墩變形影響較為明顯的施工作業(yè)時，如為了改善成橋后橋墩的受力，合龍前對“T”構進行頂推，則要求橋梁兩幅的施工作業(yè)保持同步，防止對系梁結構造成破壞，這增加了頂推施工的復雜度；另外增加橫橋向系梁對橋墩的施工也會造成一定的難度。

4 結論

通過計算不施加和施加橫橋向系梁的單個“T”構在施工最大雙懸臂狀態(tài)下的失穩(wěn)模態(tài)。得出以下結論：

a）在兩幅橋墩之間施加橫向系梁后，單個“T”構的第一階失穩(wěn)模態(tài)由橫橋向傾覆變?yōu)轫槝蛳騼A覆，第一階穩(wěn)定特征值系數(shù)明顯提高，且橫橋向傾覆特征系數(shù)提高顯著。

b）采用懸臂施工的雙幅橋梁，在施工期間“T”構的橫向剛度較弱時，可以考慮在兩幅橋墩之間施加橫向系梁，以提高“T”構的橫向剛度和穩(wěn)定性。