基础刚度对上承式连续梁拱组合桥梁内力影响

胡斌

海南佳风工程设计有限公司湖北分公司 湖北武汉 430056

1 上承式连续梁拱组合桥梁的主要特点分析

预应力混凝土连续梁桥作为道桥工程常见的桥梁形式，多以等截面或者变截面形式存在。其中，等截面结构形式比较适用于小跨径桥梁建设施工当中。而变截面结构形式比较适用于中、大跨径桥梁建设施工当中。连续梁桥施工工艺较为成熟且造价比较低，通常是公路建设常用的桥梁形式[1]。其腹板混凝土材料以及预应力束锚具多具备较高的性能效果，但是外观尺寸过大，导致外形结构美观程度不高。而钢筋混凝土拱桥结构外形曲线比较优美，但是拱桥结构对于地基结构要求较高，施工难度较大。再加上上承式连续梁拱组合桥梁结构形式基本上可以克服上述桥梁结构的不足，具备以下应用特点与优势：

首先，上承式连续梁拱组合桥梁结构形式主要以连续梁为基体形式。以拱结构形式加强梁体的受力效果，形成空腹式变截面梁体形式。中间墩结构通常需要承受一定程度的水平推力，应用性能较为明显。

其次，上承式连续梁拱组合桥梁结构形式中的拱结构可以有效承担梁体的弯矩作用，与此同时，上承式连续梁拱组合桥梁结构形式通常会以平衡受力姿态加强对梁体结构的水平拉力作用，以确保中间墩拱结构水平方向受力均匀，防止出现结构受力不均匀等隐患问题[2]。

最后，上承式连续梁拱组合桥梁结构形式主要由拱轴力的垂直分力实现对连续梁体结构的承担效果。一般来说，连续梁体结构所承担的剪力强度将不再是梁体强度必受的控制条件。

最重要的是，梁体结构所承受的纵向预应力束需要承担来自拱结构方面的水平作用力。并以直索形式降低预应力束带来的摩擦阻力，在某些层面上简化了张拉工艺步骤及应用流程，有效节约了造价成本。

2 基础刚度对上承式连续梁拱组合桥梁内力影响

2.1 工程概况

为加强基础刚度对上承式连续桥梁拱组合桥梁内力影响的研究效果，本文主要以某桥梁工程概况为研究对象，针对该桥梁结构实际情况，进行具体说明。本案例桥梁工程在桥跨布置方面为36+67+36=139m，桥梁宽度为双幅34．5m。圆弧半径68m。悬臂长度2．0m，单箱三室截面，半幅掐面宽16．5m。拱板厚度1．6m。承台高度3．0m，方案一配置单排2．2m钻孔灌注桩，方案二单排1．8m钻孔灌注桩，方案三采用双排1．5m钻孔灌注桩。

根据该工程所处地质条件来看，工程具备的地质条件较为复杂，通常为杂填土层，粉质黏土夹粉土层，粉土层、强风化泥岩层，中风化泥岩层等土质结构形式。对于该工程结构基础刚度的受力影响以及桥梁桩基础刚度计算问题，要求设计人员必须严格按照桥梁工程计算标准，根据非岩石地基水平向抗力系数的比例系数问题，计算出岩石地基抗力系数数值。在参数计算问题方面，最好按照规范规定计算方式，如利用桥梁专用软件计算，防止参数数据计算失误问题出现。另外，在桥梁建模过程应考虑桩土共同作用的影响，桩基的模拟采用m法。

2.2 结构计算问题

案例桥梁工程在结构计算方面利用桥梁专用软件进行合理计算。其中，针对主梁结构C50混凝土结构形式，主要按照专业计算规则以及公路级别标准进行合理计算。对于支座沉降、非线性温度以及升降温变化等问题，必须采取规范规定数值进行合理计算。另外，对于基础刚度计算问题，桥梁桩基础刚度以及强度计算主要利用非岩石地基水平向抗力系数的比例系数计算原则，即m法进行合理计算。建模过程中，桩基深度必须按照间隔布置要求，模拟出桩土共同作用效应，并按照土弹簧弹性系数规则进行合理计算。结构计算方式的选择方面，最好以平面梁单元计算方式为主，重点针对桥梁上部结构部位进行科学计算。

2.3 实际影响

按照案例工程所提供的数据资料进行计算，所得的计算结果明确体现出基础刚度对上承式连续梁拱组合桥梁内力影响。如在荷载作用力的影响下，桥墩基础结构顶部发生明显位移且出现反力作用效果。究其原因，主要是因为在荷载作用力的影响下，单排桩基础结构刚度效果明显比双排桩大得多。与此同时，在温度作用的影响下，双排桩位移明显缩短且水平方向产生的基础反力要比正常水平多得多。一般来说，这个值是与基础刚度有很大关系。另外，弯矩结构产生的约束作用力较多，在基础结构与上部结构共为一体的情况时，无法满足结构变形要求，且产生的约束作用力要比钢筋混凝土桥梁结构形式高得多。

由于墩梁固结，墩顶位移受到自身刚度及上部结构约束的影响，在墩身及上部结构中均产生较大次内力，而对于上承式连续梁拱结构上部结构次内力以轴向力为主，通过配置合理的纵向预应力束能较好平衡该部分次内力。根据本例在不同基础刚度下上部结构内力分析可知，过大的刚度基础将会使上部结构产生过大的次内力，次内力的增长在基础刚度比间呈现非线性增长。本例中方案三种产生的上部结构次内力分别是方案一、方案二的1．8倍、3．2倍。因此在设计中应选择合理的下部形式，使上下部结构刚度比值适宜，以减少超静定结构中次内力的影响[3]。

3 结语

根据本文的相关分析可知，结构基础刚度对于桥梁受力情况往往会产生至关重要的影响。如刚度过大的基础结构会受到温度影响，上部结构常会出现变形问题。而基础刚度过小，则结构自身强度与裂缝程度将会出现显著变化，增加施工难度。针对于此，建议设计人员选择上部结构与桥梁基础合理的刚度比设计方案，通过加强桥梁结构的水平作用力效果，实现预应力配置平衡要求。