薄壁高桥墩稳定行为及施工控制技术研究

熊烈

摘 要：随着时代科技的不断发展，我国公路工程项目的建设也得到了大跨度的飞跃，其中较为突出的薄壁高桥墩的使用范围越来越广。但是由于薄壁高桥墩的施工技艺在我国施行时间不是特别长，导致薄壁高桥敦的稳定性一直没有得到很好的处理。文章通过对薄壁高桥敦稳定行为及其施工控制技术进行了相应的科学研究，望得出的结论可以给相关设计人员带来实际的帮助。

关键词：薄壁高桥墩；稳定承载力；施工技艺；控制研究

桥墩在桥梁的稳定设计中具有非常重要的影响作用，它主要的功能是可以对桥梁上部结构的荷载进行相应的支撑。这种支撑力可以打让高架桥在使用中保持稳定性。桥墩不仅要承受上部结构带来的竖向压力，也要承担桥身自身所具有的重力。与此同时，风力流水压力等这些外部压力也会对桥墩的稳定性构成相应的威胁。所以相关施工与设计人员应该积极对桥墩的稳定性进行技术上的研究，寻找出更为科学的办法，让薄壁高架桥的桥墩稳定性可以得到良好的保障。

1 研究意义

我国近年来建造的桥梁，下部结构的造型也有了显著的变化，改变了桥墩粗、大、实的躯体，向着轻型、薄壁、注意造型的方向发展，从而提高了桥梁下部结构的功能和结构的美感。不管怎样发展，桥墩都应保证有足够的强度和稳定性，避免在荷载作用下的过大位移和转动。钢筋混凝土薄壁墩是一种新型桥墩，截面型式有一字形、工形、箱形等，圆形的薄壁空心墩也是钢筋混凝土薄壁墩的类型之一。一字形的薄壁墩构造简单施工步骤少，适用于地基承载力较弱的地区。双壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁铰接或刚接的桥墩。钢筋混凝土双壁墩可增加桥墩刚度，减少主梁支点负弯矩，增加桥梁美观。双壁高墩在预应力混凝土连续梁采用墩梁固结体系中是一种理想的柔性墩，它既能支承上部结构、保持桥墩稳定，又有一定柔性，适用上部结构位移的需要。钢筋混凝土和预应力混凝土形墩、形墩及形墩，可在混凝土梁桥中使用，它在同样跨越能力情况下，缩短梁的跨径、降低梁高，结构轻巧美观，因此在城市跨线桥中较常采用。

2 高桥墩稳定问题的理论研究

2.1 稳定问题的基本概念

在工程结构中，构件、部件及整个结构体系都不允许发生失稳。屈曲不仅使工程结构发生过大的变形，而且往往导致结构的破坏。现代工程结构中，不断利用高强轻质材料，在大跨度和高层结构中，稳定问题显得尤为突出。结构的稳定问题不同于强度问题，结构的失稳与材料的强度没有密切的关系。在研究结构的稳定问题时，一般都认为结构体系是几何不变的。结构的稳定性能是决定其承载力的一个特别重要的因素，稳定理论和设计方法需要完善。近几十年来，在研究发挥结构稳定性能的潜力和完善稳定计算的理论方面，国内外都取得了长足的进步。

2.2 高桥墩稳定性分析

研究平衡状态的临界荷载的计算时，所讨论的体系都是某一理想体系。如认为压杆的轴线是直线压力总是通过截面的形心材料是均匀的等等。在实际结构中，这些条件通常是不可能完全满足的，而存在着某些“缺陷”压杆具有一定的初始弯曲作用于杆件的压力难免有些偏心压杆除受轴力外，还可能作用有些横向荷载。通常把不符合巡想情况的这些因素称为“初始缺陷”。这些因素都起着“扰动”的作用，影响着体系的受力性能。我们可利用接近理想体系的不完善体系有初始缺陷，令其特征参数等于零，来确定理想体系的稳定特征。当荷载接近于按理想体系算出的临界值时，初始缺陷的影响将急剧增长。可把这一特征作为理想体系的稳定准则，它称为初始缺陷准则。

3 高桥墩的模型试验

3.1 实验工程基本情况介绍

文章通过对位于我国国道主干线一薄壁高架桥的技术研究，介绍了设计荷载上的施工技术。这座高架桥上部结构14跨40m的预应力简支桥梁，每个跨度中间各有十片主梁组装而成。高架桥结构是两个重力桥台和十三个雙竖式的桥墩。桥墩的墩身结构形式是变截面空心薄壁结构，桥墩地面以下部分主要为实心立柱嵌入新鲜的岩层，这样可以使桥墩承受压力的指数增加。这种设计结构不同于一般的桩基和扩大基础，在优势上主要表现为可以承载更多的压力。这座高架桥空心薄壁高墩采用的施工是翻模技术，在实际施工过程中为了防止桥墩的墩基出现震动的情况，需要在每个桥墩中间横梁的位置预设一个锚筋，这样的处理可以使高架桥墩提升对于风浪的抗冲击力。

3.2 相似模型试验研究的目的

为了保证这这座高架桥在施工使用阶段保证桥墩上的安全稳定性，工人在施工过程中应该在不同的阶段使用不同的施工方法。可以根据不同的受力情况对相似理论上的设计进行调整。首先应该将施工过程中遇到的实际情况进行相应的测量，并根据测量的结果将使用阶段的应力以及位移的数据进行统计，在此基础上进行稳定结构上的分析。最后，通过计算在施工过程中的测量数据，将得出的结果作为实际施工的参考。

3.3 模拟施工阶段的加载

为了让桥墩的稳定性可以得到良好保障，需要对桥墩进行配重上的处理。按照国家桥梁设计相关施工标准，应该对每一个配种区段的配重量进行相应的挂靠处理。配重量主要该挂靠在重力区段的二分之一高处，并按照左右方向将桥墩的砝码挂在同一高度水平线上的不同方位。一般情况下，桥梁施工人员会设计八个配重砝码挂靠区域，这些配重需要按照桥墩从高向下的顺序依次添加，并且在进配重施工时需要对每一个步骤的数据都进行相应的记录。

在桥墩设计过程中，还要将相应的自身重力进行考虑，重力上的规律表现为临界压力越小，自重会将临界压力进行相应的分担，此时可以忽略杆柱自重的设计，一般情况下，自重对于桥墩稳定性上的影响较小。

在桥梁设计规划过程中还要对浪峰的压力进行计算与加载，可以根据当地较为常见的气候条件特点，将最佳的浪风扣点进行相应的设计。浪峰由于是对称加载的，所以水平方向上的施加重力会保持相互平衡的状态，在实验设计时可以不对着部分的平衡压力进行考虑。试验时考虑的重点主要分布在浪峰对于桥墩稳定结构，所产生的竖向压力。

4 结论

通过以上的设计实验可以得出结论，薄壁高桥敦设计与使用具有轻型美观并且造价低等优势，可以在桥梁工程建设中进行大面积的推广。但是由于技术施工上的问题，高桥墩在施工与运行阶段可能会出现一些无法预测的问题。这就需要相关的设计施工人员，根据施工场地上的实际情况，对施工上所使用的技艺以及方法进行相应的调整，进一步完善和保障高架桥桥墩的稳定性，让高桥盾的应力以及位移数据都可以接近实测值，并且将实际施工中的误差控制在最小的范围以内。

参考文献

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