裝配式預(yù)制小箱梁下部結(jié)構(gòu)墩柱計算

朱 莉

（江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 211135）

引言

預(yù)制裝配式橋梁相比傳統(tǒng)橋梁具有施工周期短、建造速度快、上下部結(jié)構(gòu)可同步施工、質(zhì)量可靠、造價低等特點，因而被廣泛應(yīng)用于高速公路項目建設(shè)中。裝配式連續(xù)小箱梁跨徑一般在25～40 m，因其整體性好，外形美觀，橫向變寬調(diào)節(jié)范圍大，在江蘇省高速公路橋梁中占有很大比例，故研究裝配預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)的計算方法顯得尤為必要。當(dāng)不計入水平地震力作用的影響時，橋墩墩頂水平力一般包括行車制動力、溫度力及收縮作用力，由于收縮引起的水平力較小，且難以量化，故在本次計算分析中，忽略其作用效應(yīng)［1-2］。

1 研究內(nèi)容

主要研究江蘇省路基寬度為34.5 m的高速公路橋梁。考慮到省內(nèi)預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁伸縮縫以D160型伸縮縫為主，故在本次驗算的樣本中，聯(lián)長不超過 150 m。以中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司2015版組合箱梁通用圖為基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置見圖1。

圖1 34.5 m路基寬預(yù)制小箱梁標準橫斷面布置/mm

以2015版預(yù)制小箱梁通用圖的上部結(jié)構(gòu)支反力為計算依據(jù)，分別對25 m、30 m、35 m和40 m各特征跨徑下的下部結(jié)構(gòu)墩柱進行計算，計算內(nèi)容見表1。

表1 聯(lián)跨布置匯總

2 墩頂水平力的分布規(guī)律

2.1 單孔跨徑與墩頂水平力之間的變化關(guān)系

假設(shè)橋墩均按等高度布置，為了探索不同單孔跨徑與墩頂水平力之間的變化關(guān)系，以墩柱高度為橫軸，墩頂水平力為豎軸，繪制了不同單聯(lián)跨徑數(shù)時墩頂水平力的分布情況，見圖2。

圖2 不同單孔跨徑墩頂水平力與墩柱高度關(guān)系

由圖2可以看出，隨著墩高增加，墩頂水平力逐漸降低，且降低的速度逐漸變慢，最終趨于穩(wěn)定。當(dāng)墩高相同時，單聯(lián)跨徑數(shù)增加，墩頂水平力減少，當(dāng)單聯(lián)跨徑數(shù)達到一定數(shù)值，墩頂水平力趨于穩(wěn)定。

2.2 單聯(lián)跨徑數(shù)與墩頂水平力之間的變化關(guān)系

為了探索不同單聯(lián)跨徑數(shù)與墩頂水平力間的變化關(guān)系，以墩柱高度為橫軸，墩頂水平力為豎軸，繪制了不同單孔跨徑時墩頂水平力的分布情況，見圖3。

圖3 不同單聯(lián)跨徑數(shù)下連續(xù)梁墩頂水平力與墩柱高度關(guān)系

由圖3可以看出，當(dāng)墩高較矮時，邊墩上的支座會滑動，墩頂水平力為支座摩擦系數(shù)與上部結(jié)構(gòu)支反力的乘積。當(dāng)墩高超過10 m時，橋墩剛度變?nèi)幔捎跍囟茸兓鸬亩枕斔搅Ψ至繙p少，墩頂總水平力也減少，此時支座不滑動，墩頂水平力按實際量值取用。當(dāng)單聯(lián)跨徑數(shù)相同時，不論單孔跨徑為多大，隨著墩高不斷增加，墩頂水平力會逐漸趨于一個穩(wěn)定值。產(chǎn)生這種結(jié)果是由于墩高過大，橋墩剛度變?nèi)幔驕囟茸兓鸬亩枕斔搅Ψ至空贾鲗?dǎo)，且此墩頂水平力分量只與橋墩剛度相關(guān)。

3 墩柱配筋率計算規(guī)律

研究墩柱配筋率與墩柱高度之間的變化規(guī)律，并根據(jù)其規(guī)律性，擬合公式用于近似估算不同跨徑和不同墩高情況時，所需要的墩柱配筋率。配筋率是以滿足70%的鋼筋利用率，即墩柱軸力和彎矩設(shè)計值達到結(jié)構(gòu)強度設(shè)計值的70%。根據(jù)不同墩高和不同跨徑的墩柱配筋率計算結(jié)果，以墩高為橫軸，以墩柱配筋率為豎軸，繪制了配筋率的分布情況和擬合曲線見圖4。

圖4 不同跨徑下墩柱配筋率與墩柱高度關(guān)系

從圖4可以看出，隨著墩柱高度的增大，墩柱的配筋率基本呈指數(shù)分布，故假設(shè)墩柱配筋率y隨墩柱高度x的變化關(guān)系式為y=a×xb+c。從擬合曲線的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，原始數(shù)據(jù)點與四條擬合曲線的相關(guān)系數(shù)均接近于1，表示曲線擬合效果較好。

為當(dāng)墩柱高度≯10 m時，由于墩柱配筋率較小，均小于規(guī)范[3]規(guī)定的最小配筋率0.5%，所以擬合誤差較大。本次的擬合公式可以滿足墩高＞10 m的墩柱配筋率估算，但同時計算的配筋率也不能超過規(guī)范[4]規(guī)定的最大配筋率5%。

4 結(jié)語

（1）當(dāng)墩高＜5 m時，墩柱內(nèi)不配置鋼筋，墩柱軸力和彎矩設(shè)計值可以滿足70%的強度保證率。（2）當(dāng)墩高較矮時，邊墩上的支座會滑動，墩頂水平力采用支座摩擦系數(shù)與上部結(jié)構(gòu)支反力的乘積；當(dāng)墩高超過一定高度時，橋墩剛度變?nèi)幔捎跍囟纫鸬亩枕斔搅Ψ至繙p少，墩頂總水平力也減少，支座不滑動，墩頂水平力按實際量值取值。（3）隨著墩高增加，墩頂水平力降低；隨著單聯(lián)跨徑數(shù)增加，墩頂水平力的大小趨近于穩(wěn)定值；當(dāng)墩高相同時，隨單聯(lián)跨徑數(shù)減少，墩頂水平力也增加，當(dāng)單聯(lián)跨徑數(shù)達到一定數(shù)量，墩頂水平力趨于穩(wěn)定值。（4）探索了不同單孔跨徑和不同墩高對墩柱配筋率的影響，近似擬合了墩柱配筋率估算公式，此配筋率同時滿足規(guī)范[3-4]規(guī)定的配筋率限值要求。