基礎剛度對上承式連續梁拱組合橋梁內力影響

胡斌

海南佳風工程設計有限公司湖北分公司 湖北武漢 430056

1 上承式連續梁拱組合橋梁的主要特點分析

預應力混凝土連續梁橋作為道橋工程常見的橋梁形式，多以等截面或者變截面形式存在。其中，等截面結構形式比較適用于小跨徑橋梁建設施工當中。而變截面結構形式比較適用于中、大跨徑橋梁建設施工當中。連續梁橋施工工藝較為成熟且造價比較低，通常是公路建設常用的橋梁形式[1]。其腹板混凝土材料以及預應力束錨具多具備較高的性能效果，但是外觀尺寸過大，導致外形結構美觀程度不高。而鋼筋混凝土拱橋結構外形曲線比較優美，但是拱橋結構對于地基結構要求較高，施工難度較大。再加上上承式連續梁拱組合橋梁結構形式基本上可以克服上述橋梁結構的不足，具備以下應用特點與優勢：

首先，上承式連續梁拱組合橋梁結構形式主要以連續梁為基體形式。以拱結構形式加強梁體的受力效果，形成空腹式變截面梁體形式。中間墩結構通常需要承受一定程度的水平推力，應用性能較為明顯。

其次，上承式連續梁拱組合橋梁結構形式中的拱結構可以有效承擔梁體的彎矩作用，與此同時，上承式連續梁拱組合橋梁結構形式通常會以平衡受力姿態加強對梁體結構的水平拉力作用，以確保中間墩拱結構水平方向受力均勻，防止出現結構受力不均勻等隱患問題[2]。

最后，上承式連續梁拱組合橋梁結構形式主要由拱軸力的垂直分力實現對連續梁體結構的承擔效果。一般來說，連續梁體結構所承擔的剪力強度將不再是梁體強度必受的控制條件。

最重要的是，梁體結構所承受的縱向預應力束需要承擔來自拱結構方面的水平作用力。并以直索形式降低預應力束帶來的摩擦阻力，在某些層面上簡化了張拉工藝步驟及應用流程，有效節約了造價成本。

2 基礎剛度對上承式連續梁拱組合橋梁內力影響

2.1 工程概況

為加強基礎剛度對上承式連續橋梁拱組合橋梁內力影響的研究效果，本文主要以某橋梁工程概況為研究對象，針對該橋梁結構實際情況，進行具體說明。本案例橋梁工程在橋跨布置方面為36+67+36=139m，橋梁寬度為雙幅34．5m。圓弧半徑68m。懸臂長度2．0m，單箱三室截面，半幅掐面寬16．5m。拱板厚度1．6m。承臺高度3．0m，方案一配置單排2．2m鉆孔灌注樁，方案二單排1．8m鉆孔灌注樁，方案三采用雙排1．5m鉆孔灌注樁。

根據該工程所處地質條件來看，工程具備的地質條件較為復雜，通常為雜填土層，粉質黏土夾粉土層，粉土層、強風化泥巖層，中風化泥巖層等土質結構形式。對于該工程結構基礎剛度的受力影響以及橋梁樁基礎剛度計算問題，要求設計人員必須嚴格按照橋梁工程計算標準，根據非巖石地基水平向抗力系數的比例系數問題，計算出巖石地基抗力系數數值。在參數計算問題方面，最好按照規范規定計算方式，如利用橋梁專用軟件計算，防止參數數據計算失誤問題出現。另外，在橋梁建模過程應考慮樁土共同作用的影響，樁基的模擬采用m法。

2.2 結構計算問題

案例橋梁工程在結構計算方面利用橋梁專用軟件進行合理計算。其中，針對主梁結構C50混凝土結構形式，主要按照專業計算規則以及公路級別標準進行合理計算。對于支座沉降、非線性溫度以及升降溫變化等問題，必須采取規范規定數值進行合理計算。另外，對于基礎剛度計算問題，橋梁樁基礎剛度以及強度計算主要利用非巖石地基水平向抗力系數的比例系數計算原則，即m法進行合理計算。建模過程中，樁基深度必須按照間隔布置要求，模擬出樁土共同作用效應，并按照土彈簧彈性系數規則進行合理計算。結構計算方式的選擇方面，最好以平面梁單元計算方式為主，重點針對橋梁上部結構部位進行科學計算。

2.3 實際影響

按照案例工程所提供的數據資料進行計算，所得的計算結果明確體現出基礎剛度對上承式連續梁拱組合橋梁內力影響。如在荷載作用力的影響下，橋墩基礎結構頂部發生明顯位移且出現反力作用效果。究其原因，主要是因為在荷載作用力的影響下，單排樁基礎結構剛度效果明顯比雙排樁大得多。與此同時，在溫度作用的影響下，雙排樁位移明顯縮短且水平方向產生的基礎反力要比正常水平多得多。一般來說，這個值是與基礎剛度有很大關系。另外，彎矩結構產生的約束作用力較多，在基礎結構與上部結構共為一體的情況時，無法滿足結構變形要求，且產生的約束作用力要比鋼筋混凝土橋梁結構形式高得多。

由于墩梁固結，墩頂位移受到自身剛度及上部結構約束的影響，在墩身及上部結構中均產生較大次內力，而對于上承式連續梁拱結構上部結構次內力以軸向力為主，通過配置合理的縱向預應力束能較好平衡該部分次內力。根據本例在不同基礎剛度下上部結構內力分析可知，過大的剛度基礎將會使上部結構產生過大的次內力，次內力的增長在基礎剛度比間呈現非線性增長。本例中方案三種產生的上部結構次內力分別是方案一、方案二的1．8倍、3．2倍。因此在設計中應選擇合理的下部形式，使上下部結構剛度比值適宜，以減少超靜定結構中次內力的影響[3]。

3 結語

根據本文的相關分析可知，結構基礎剛度對于橋梁受力情況往往會產生至關重要的影響。如剛度過大的基礎結構會受到溫度影響，上部結構常會出現變形問題。而基礎剛度過小，則結構自身強度與裂縫程度將會出現顯著變化，增加施工難度。針對于此，建議設計人員選擇上部結構與橋梁基礎合理的剛度比設計方案，通過加強橋梁結構的水平作用力效果，實現預應力配置平衡要求。