高墩小半徑曲線連續剛構橋非線性穩定分析

彭小明, 李 歡, 盛興旺

(1.湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410200;2.湖南省第六工程有限公司， 湖南 長沙 410015; 3.中南大學 土木工程學院, 湖南 長沙 410029)

1 工程概況

某山區高速公路立交互通匝道橋采用高墩小半徑曲線剛構結構，其中一聯跨徑布置為3×24 m，曲率半徑R=60 m，墩高80 m；主梁為單箱單室等高截面，橋面寬度8.75 m，頂板、底板、腹板厚度分別為25、25、50 cm，橋梁中心線梁高2 m，橋面橫坡7%；橋墩為箱型截面空心薄壁結構，縱橋兩側面不設坡率，橫橋向兩側面分段設置坡率：承臺以上0～20 m為20∶1坡率，20～80 m不設坡率，采用橫向寬5.15 m、縱向寬3.2 m、壁厚60 cm的常截面，橋墩豎向每隔28 m設置一道50 cm厚橫隔板；主梁采用C50混凝土，橋墩采用C40混凝土，鉆孔灌注樁基礎，橋梁構造詳見圖1～4。該橋具有高墩、小半徑特點，橋墩穩定性問題較為突出[1-2]。

圖1 橋梁展開立面圖(單位： cm)

圖2 橋梁平面圖(單位： cm)

圖3 橋梁典型橫斷面圖(單位： cm)

圖4 橋墩構造圖(單位： cm)

2 有限元模型的建立[3]

采用ANSYS中BEAM188單元建模，包括512個單元，673個節點。橋墩底部與大地為固端約束，橋梁兩端部節點與橋墩頂部節點之間采用耦合自由度的方式模擬支撐條件，耦合墩頂節點和梁端節點的豎向線位移和繞切線方向的轉動自由度，兩中墩與主梁共節點固結。模型總體布置見圖5。

圖5 高墩小半徑連續剛構曲線梁橋有限元模型

3 本構模型的選取

混凝土單向受壓應力-應變關系：采用Hognestad模型，曲線上升段為二次拋物線，下降段為一斜直線段，如圖6所示。表達式如下[4]：

上升段：

圖6 混凝土單軸受壓應力-應變關系