裝配式橋梁超高變截面空心薄壁墩設計探討

王忠渝

招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067

在當今的公路橋梁建設，尤其是在山區的高速公路建設之中，裝配式橋梁越來越受到施工單位的重視。因為相比較連續性橋梁而言，裝配式橋梁不僅工期短、施工簡單、易于控制，且具有更高的經濟性。因此，隨著當今路橋建筑的不斷發展，七十米以上的裝配式高墩結構得到了越來越廣泛的應用。

1 工程概況

2 橋墩在施工期間的最不利受力工況分析

在施工過程中，架梁機的具體施工順序通常是喂梁、吊梁、送梁、橫移放梁和橋面縱移，而在架橋機工作進行的過程中，橋墩的最不利受力情況有兩種，具體情況如下圖所示：

圖1 橋墩最不利受力情況

2.1 計算模式A分析

計算模式A屬于架橋機完成吊梁工作之后，第一片T梁準備落下時的工況，此時的墩頂處于自由狀態。

橋墩受到的豎向力：架橋機前支點的反力（N），因為受到偏心作用，架橋機自身的重量和一片T量的重量就會引起前支點出現反力，進而給橋墩施加一個豎向的力[1]。

橋墩所受到的水平力：橋墩以及橫梁順橋方向的風荷載（q）。

橋墩的溫度荷載：前后界面之間有5攝氏度的溫差，但是該作用力不會對墩身產生較大影響，但也可能會導致墩身變位，進而導致豎向作用力發生變化。

橋墩所受到的約束：頂部的自由和底部的固結。

2.2 計算模式B分析

在這一模式之下，為了可以計算出上部結構之中傳遞給墩頂豎向力素引起的最大偏心彎矩，選擇了一側橋墩上的T梁完全架設好，并已經開始準備將下一片T梁運送到這個孔時候的工況。此時已經對墩頂后退方向一跨的T梁做好了臨時的焊接固定處理，一個門框體系已經基本形成。受到水平風力的作用，墩頂的橫向位移并不大[2]。在這一模式之下，要想精準求出墩身的內力，我們可以通過在墩頂加水平彈性支撐的形式來實現，這個彈性支撐的剛度可以借助于計算模式A之中的風荷載結果來確定，同時，我們也可以近似認為墩頂鉸接，這兩種結算結果并沒有較大的差異。

橋墩受到的豎向力：架橋機前支點的反力（N），因為受到偏心作用，架橋機自身的重量和一片T量的重量就會引起前支點出現反力，加之已經完成架設的一孔T梁自身重力的反力所帶來的偏心作用，就會給橋墩施加一個豎向的力。

橋墩受到的水平力：橋墩以及橫梁順橋方向的風荷載（q）。

橋墩的溫度荷載：前后界面之間有5攝氏度的溫差。

橋墩所受到的約束：頂部自由和底部的固結。

3 超高變截面空心薄壁墩施工計算

在本次工程的設計之中，通過計算可知，最為不利的工況是完成了一孔T梁架設，另一孔T梁正在準備架設施工的時候。在本次施工設計的具體計算過程中，主要采用了兩種計算方法來計算具體的結構配筋情況。

3.1 通過MIDAS Civil模型進行計算

應用MIDAS Civil，可以對不同墩高條件下的空心薄壁墩模型進行建立，通過對幾何非線性的考慮，就可以得出橋墩底部界面的內力，然后通過荷載組合，就可以得增大之后的偏（其中，Md為彎矩設計組合值， Nd為軸力設計組合值）。最后就可以根據偏心受壓構件來計算出配筋數量。

3.2 按照《公規范》進行計算

根據《公規范》以及之前的超高變截面空心薄壁墩設計經驗，對最不利工況之下構件的長度進行計算。通過計算可知，在一端鉸接、一端固定的工況之下，最不利的構件長度是0.7l0）（l0為橋墩高度），在一端自由、一端固定的工況下，最不利的構件長度是2l0，借助于《公規范》之中的相關公式，就可以計算出最大的偏心距系數，然后根據偏心受壓構件來計算出配筋數量。

4 穩定性分析

在本次設計之中，主要是借助于MIDAS Civil來進行屈曲分析，就理論而言，應該對計算模式A和計算模式B這兩種工況之下的穩定系數分別進行計算，但是為保障設計效率，本次工程設計選擇應用更加保守簡單的計算模式B進行計算，將橋墩底部固結、橋墩頂部自由設置為約束條件來進行計算。此時，橋墩的荷載有一孔的5片T梁和正在運用過程中的1片T梁質量、風荷載、架橋機自身的重量、溫度荷載以及橋墩和帽梁自身的重量[3]。因為每一片T梁自身重力是，架橋機組裝之后的質量是224t，帽梁自身重力是1800kN，所以有：

一孔的5片T梁對橋墩施加的反力為：

然后就可以對不同墩高之下的屈曲穩定系數進行計算：

5 強度和配筋數量分析

5.1 橋墩高度為81m

由此可得出其增大之后的偏心=0.655m。因為計算長度分別是56.7m和162m，所以增大的偏心距系數為4.030947。經計算，受壓區域之內的鋼筋面積是243.28cm2，受拉區域之內的鋼筋面積是364.928cm2，應用的鋼筋直徑是28mm，因此計算出上緣的數量是40根，下緣的數量是60根，這樣才可以滿足規定的強度標準。

5.2 橋墩高度為90m

首先將截面擬定為 6 . 5m × ( 2.8～4.6）m，然后按照以上的方式進行計算，經計算可知，受壓區域之內的鋼筋面積是247.6cm2，受拉區域之內的鋼筋面積為371.48cm2，所以，上緣的鋼筋數量是41根，下緣的鋼筋數量是61根。

6 結語

綜上所述，本文通過某工程的設計實例對裝配式橋梁超高變截面空心薄壁墩的設計進行分析。希望通過本次的分析，可以對其他公路橋梁工程施工過程中的變截面空心薄壁墩設計有所幫助。