辅助墩布置对组合梁斜拉桥静力性能的影响分析

尹超，杨善红 （安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

对于大跨度斜拉桥，由于活载加载时锚墩支座反力和端锚索应力幅变化均比较大，单靠调整边中跨比例来协调上述二者间的矛盾往往很困难。若在边跨适当位置处设置一个或多个辅助墩，不仅可以改善成桥状态下静力性能，同时还可争取边跨提前合龙，减小悬臂长度，特别是提高最不利悬臂施工状态的风致稳定性，降低施工风险。另一方面，辅助墩的设置对结构动力特性也会产生的显著影响。

边跨辅助墩的设置必须综合考虑以下几个方面的因素：船只通航要求；结构体系静力及动力性能上的要求;施工组织方案与施工风险；上、下部工程经济性；边跨分孔与主桥、引桥在跨径上的协调，以及桥址地形特点等。

2 计算模型

为研究不同辅助墩设置对斜拉桥静力性能的影响，分析计算主跨5OOm,638m,800m斜拉桥边跨分别设置1，2，3个辅助墩的情况。

3 静力性能分析

图1 主跨638m边跨设置一个辅助墩桥型布置图（单位：cm）

图2 主跨638m边跨设置两个辅助墩桥型布置图（单位：cm）

图3 主跨638m边跨设置三个辅助墩桥型布置图（单位：cm）

在大跨桥梁结构荷载作用当中，汽车荷载占有很大一部分比例，为分析边跨辅助墩个数对组合梁斜拉桥刚度影响，在主跨5O0m、638m、800m组合梁斜拉桥基础上，变化各个模型辅助墩个数，在计算模型结果中，主要提取汽车荷载引起主跨跨中最大正挠度、最大负挠度及桥塔塔顶向江侧及岸侧的偏位，同时分析比较辅助墩个数比较对桥塔内力及活载索力的影响。

辅助墩的设置对组合梁斜拉桥的整体刚度有一定的影响。在活载作用下，分别设置1个、2个、3个辅助墩时，638m主跨跨中最大正挠度从12.58cm减少到4.6cm，最大负挠度从52.03cm减少到47.25cm；从下图中可以看出，辅助墩的设置对主梁挠度只是有一定程度的影响，塔顶偏位也表现出类似的情况。由于辅助墩数量的增加，在支点位置处主梁受到约束，加大了边跨斜拉索对索塔的约束，从而导致塔顶变形和主梁跨中挠度减小，塔根最大、最小弯矩减小，一定程度上增加了结构刚度。

主跨638m不同辅助墩数量结构变位（单位：cm）

不同跨径不同辅助墩数量结构变位（单位：cm）

图4 不同跨径不同辅助墩个数刚度比较(单位：cm)

图5 主跨638m不同支点数主梁活载挠度比较（单位：cm）

图6 主跨638m不同辅助墩个数索塔活载纵向变形比较(单位：cm)

图7 不同辅助墩个数主梁变形比较

图8 不同辅助墩个数塔顶位移比较

组合梁斜拉桥作为缆索承重体系，索塔在整个结构体系中的作用至关重要，由于辅助墩数量的增加，在支点位置处主梁受到约束，加大了边跨斜拉索对索塔的约束，从而使得塔根最大、最小弯矩减小，一定程度上增加了结构刚度。辅助墩个数从1个增加到3个时，索塔塔根最大弯矩从3.99×105kN·m减少到2.96×105kN·m。影响效果比较明显，但就优化索塔塔根弯矩而言，设置两个辅助墩是最经济合理的，但是辅助墩的设置同时也需要考虑到通航的要求，桥址的地形特点等因素。

图9 主跨638m不同辅助墩个数主塔塔根最大、最小弯矩

辅助墩数量增加，对中跨索力影响较小，对边跨索力影响较大，其中当辅助墩个数由1个增加到2个时，主跨5OOm组合梁斜拉桥端锚索力幅值可降低21.4%，主跨638m时较低15.94%，主跨800m时降低20.8%，但当辅助墩个数增加到3个时，端锚索索力较2个辅助墩情况降幅十分有限。

4 小结

研究表明，不同数量的辅助墩对大跨径组合梁斜拉桥结构受力呈现下列规律。

①.由于辅助墩数量的增加，在支点位置处主梁受到约束，加大了边跨斜拉索对索塔的约束，从而导致塔顶变形和主梁跨中挠度减小，塔根最大、最小弯矩减小，一定程度上增加了结构刚度。

②.由于辅助墩数量增加，索塔纵向变形变小，显著减小索塔的活载弯矩，同时减小辅助墩顶单个支点反力，但当辅助墩数增加到3个时，对减小索塔纵向变形效果明显减小，对提高结构整体刚度贡献有限。

③.辅助墩数量增加，对中跨索力影响较小，对边跨索力影响较大，其中当辅助墩个数由0增加至1个时，端锚索索力幅值降低最明显，在50%～60%之间；当辅助墩个数由1个增加到2个时，端锚索索力幅值降低在15%～20%之间；但当辅助墩个数增加到3个时，端锚索索力较两个辅助墩情况降幅十分有限，仅考虑边跨斜拉索索力优化而言，在设计中边跨采用1个辅助墩比较经济合理，但是随着跨径的进一步提升，可以通过增加辅助墩来改善结构的受力。

④.辅助墩的设置还需要同时兼顾考虑到船只通航要求，结构体系静力及动力性能上的要求，施工组织方案与施工风险，上、下部工程经济性，边跨分孔与主桥、引桥在跨径上的协调，以及桥址地形特点等。