矮塔斜拉桥墩台水平力分析计算

李林轶

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300074）

伴随着国内桥梁的发展，桥梁上部结构计算方法越来越成熟，计算结果越来越趋于实际。但是桥梁下部结构计算发展较为缓慢，对于简支梁桥和简支变连续梁桥，纵向水平力通过橡胶支座分配于桥墩台的计算方法在有关杂志上发表的不少，但是对于连续梁桥或矮塔斜拉桥，纵向水平力通过支座分配于桥梁墩台的计算方法很少，有些工程师的简化算法为：把全联长度上的制动力由固定墩承受，活动墩则按摩阻力计算，这样的算法在其刚度较小，或支座摩阻力较大的桥梁上会过于保守，而且对固定墩的影响上只考虑了制动力，未考虑固定墩和邻近活动墩（未滑动）的收缩徐变，温度变化引起的水平力。所以本文提出一种计算方法并结合工程实例进行分析。

1 计算原理

墩台水平力的计算包括土压力、混凝土收缩、徐变及温度影响力、汽车制动力。水平力的计算以联为单元进行，按弹性刚度理论，即先计算出支座和墩台的水平抗推刚度，然后进行刚度组合，对每联的水平力按集成刚度进行分配。

2 工程实例计算

泾河入渭口特大桥位于陕西省西安市泾渭分明处，全长964.311m，分四联布置，其中第一、三、四联为引桥部分，第二联为主桥部分，主桥上部采用70+120+136+120+70m矮塔斜拉桥，下部采用花瓶墩。全桥桩基均采用钻孔灌注桩基础。主桥支座采用双曲面球型减隔震支座，其中7号墩顶为固定支座，其余墩顶为滑动支座。本文以第二联主桥为例，进行桥墩纵向水平力分析计算，桥型如图1。

图1

2.1 墩顶与支座的集成刚度

（1）桥墩刚度

多排桩墩台刚度计算

其中h1、h2和h3分别是盖梁高、墩柱高和承台高，m为墩柱个数。γαα、γαβ、γββ为桩顶的单位效应，计算公式参见《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）。

（2）支座刚度

本工程采用双曲面球型减隔震支座。当滑动支座静止时，按同类固定支座计算。当滑动支座滑移时，支座刚度为0，即认为该墩退出共同作用，滑动支座阻碍滑动将对本联产生一个支座摩阻力。

球型减隔震支座刚度=（支座竖向承载力×摩擦系数+震后滑移刚度×震后位移）/震后位移

（3）集成刚度

同一个墩上的支座刚度线形相加后，再与墩顶刚度串联，串联后的刚度便是支座顶部由支座与桥墩联合的集成刚度。

Ki（集成刚度）=（支座总刚度×桥墩墩顶刚度）/（支座总刚度+桥墩墩顶刚度）

表1

2.2 混凝土收缩、徐变及温度影响力在各墩上的分配

混凝土收缩、徐变及温度下降，均属于同一性质，一般混凝土收缩及徐变各按降温15℃考虑，三者加起来，相当于降温15℃+15℃+25℃=55℃我们先假定一个不动点的位置，即上部结构从这个不动点向两侧伸长，这个不动点左侧受到的推力为正，右侧受到的推力为负。然后通过下式求这个不动点的位置。

如果一个墩上的滑动支座没有滑动，则推力贡献为：

P=桥墩据S·P·距离×墩顶集成刚度×C

在求解过程中，滑动支座有可能滑动，也由可能固定不动，这取决于作用的大小，如果滑动支座在计算中判断为滑动，那么应该按该墩退出共同作用而重新计算x。这时每个滑动支座处的推力贡献为：P=U×R。

2.3 汽车制动力在各墩上的分配

制动力按全联刚度分配，滑动支座在未滑动之前，应分配制动力，如果滑动后，活动支座的刚度为0，已滑动支座的墩台是不参与制动力分配的。所有制动力由未滑动的滑动支座和固定支座承担。

全联制动力=折减系数×车道数×0.1×（qkL+1.2×Pk）=1170

表2 假设支座均不滑动的水平力分配

由此可见，主桥5、6、9、10号墩在计算中判定为滑动，那么这些墩按退出共同作用而重新计算全桥水平力，见表3。

表3 5、6、9、10号墩支座滑动后的水平力分配

计算结果为5、6、9、10号已经滑动的支座所分配的水平力为各墩的最大摩阻力，8号墩重新计算后支座未滑动，所以7、8号墩所分配的最大水平力即为1878kN和1876kN。

3 结论

矮塔斜拉桥墩台的水平力计算，首先按照集成刚度分配收缩徐变，温度变化，制动力的作用，其次判断滑动支座是否滑动，如果支座滑移，那么应该按该墩退出共同作用而重新计算，已经滑移的支座将阻碍滑动对本联产生一个支座摩阻力，滑动支座处连续梁墩台最大水平力为摩阻力。其余未滑动的墩台和固定墩重新计算分配水平力。

[1]范立础桥梁工程.北京：人民交通出版社，2001.

[2]谢宝来，桥 易（.BridgeEasy）使用手册.

[3]袁伦一.连续桥面简支梁桥墩台计算实例.北京：人民交通出版社，1994.