桥墩刚度对连续刚构桥上部结构受力的影响

2017-10-16孟胜毅

四川水泥 2017年10期

关键词：双壁墩顶墩身

孟胜毅

(重庆交通大学土木工程学院 400074)

桥墩刚度对连续刚构桥上部结构受力的影响

孟胜毅

(重庆交通大学土木工程学院 400074)

连续刚构桥呈现跨径增大、跨数增多、墩高增加的趋势，当墩的高度存在较大的高度差的情况下，在外荷载作用下，墩、梁的内力呈现不均衡性，尤其是由于混凝土收缩徐变、温度作用、基础不均匀沉降等将对整个结构带来较大的不均衡次内力。连续刚构桥墩梁固结，当上部结构参数确定时，墩间相对刚度不同对结构内力分布及变形产生较大的影响，合理的高墩刚度匹配能使结构受力更为合理。文中以某三跨连续钢构桥为工程背景，首先，运用有限元程序对不同高墩刚度匹配的结构进行分析研究，通过比较分析寻找出影响结构内力及变形的关键因素；然后，结合连续刚构桥墩的刚度匹配基本原则，对高墩刚度匹配进行分析研究，进而为墩的刚度匹配优化设计提供有益的参考。

连续刚构桥高墩刚度匹配

1 连续刚构桥的发展现状及研究意义

1.1 连续刚构桥的发展现状

连续刚构桥是连续梁桥与T形刚构桥的结合体，它结合了连续梁桥和形刚构的全部优点同时避免了其不足之处，从受力、行车舒适度、造价的多方面考虑，这种桥型都比较理想，因此，自从这种桥型被第一次引进中国，随后就得到了广泛的发展和应用。

1.2 本文的研究意义

连续刚构桥墩梁固结，上下部结构共同受力，墩的刚度将对结构的位移及内力产生较大的影响。墩梁连接处相当于刚性节点，当墩相对于梁的刚度较大时，由于节点转动在墩顶处产生较大的内力，从而难以有效发挥墩身的抗弯能力，同时连续刚构桥墩顶也将产生较大的弯矩，不能有效起到卸载作用。根据理论分析，墩的抗推刚度较大时，墩在水平推力作用下墩的水平位移将会减小，但墩的内力将随之增大，当墩刚度设计较柔时，很好地适应纵向变形，在最大悬臂施工阶段及成桥阶段稳定性也随之降低。为满足成桥线性及内力的需要，设计时要选择合理的墩刚度。

2 主要构件参数的确定

2.1 上部结构参数的确定

主梁采用单箱单室预应力混凝土箱型断面。箱梁根部高7.5m，跨中及边跨直线段（含合龙段）梁高2.8m，梁高按1.8 次抛物线变化，箱底宽5.0m，两侧悬臂长2.0m，全宽9.0 米。0 号段长12.0m，在托架上浇注。两侧各有16 个节段，梁段数及梁段长度为6×3.0m 和10×4.0m。全桥共有3 个合龙段，即两个边跨合龙段和1 个中跨合龙段，合龙段长均为2m。

2.2 下部结构参数的确定

连续刚构桥梁体与桥墩固结，梁、墩两者的受力分配将由其相对刚度所决定。而决定桥墩刚度的参数主要有三个：墩壁数、壁厚和墩高。为了说明桥墩刚度对上部结构受力性能的影响，计算式设置墩高h取值30m、50m、70m、90m四种不同的高度，壁厚采用30cm、45cm和60cm三种，同时考虑墩壁数的影响。

3 有限元建立模型

3.1 模型概况

本文某连续刚构桥为工程背景，采用有限元软件 midas/civil 2013建立模型，将上部结构结构离散成 96个节点、91 个单元,分别考虑恒载、温度荷载、收缩徐变下的应力及变形。

3.2 模型分析

3.2.1 双壁墩与单壁墩的影响

为了进一步说明墩高，墩壁数对连续刚构桥主梁受力性能的影响，分别取墩搞30m、50m、70m和90m。通过midas/civil2013建模分析得到，不同墩搞、墩壁数的连续刚构桥主梁成桥阶段在恒载作用下不同位置的弯矩值。

表3-1 不同墩高的单、双壁墩对成桥阶段主梁恒载弯矩的影响（kN·m）

从表3-1可以看出，采用双壁墩的最大好处就是：可以明显减小墩顶负弯矩。这个现象是由于双壁墩对墩顶弯矩的“削峰”作用造成的。此外，随着高度的增加，无论单壁墩还是双壁墩，除了跨中正弯矩增大外，其余两处边跨的弯矩都逐渐减小。由此可见，如果仅从减小上部结构内力出发，无疑应采用双壁墩。无论墩身高低，壁厚变化，双壁墩都可以减小上部结构的弯矩值。

3.2.2 墩身高度的影响

为探究墩身高度的上部结构受力的影响，此处墩高取值30m、50m、70m、90m，计算出上部结构弯矩变化的情况见表3-2。