装配式预制小箱梁下部结构墩柱计算

朱 莉

（江苏省南京工程高等职业学校，江苏 南京 211135）

引言

预制装配式桥梁相比传统桥梁具有施工周期短、建造速度快、上下部结构可同步施工、质量可靠、造价低等特点，因而被广泛应用于高速公路项目建设中。装配式连续小箱梁跨径一般在25～40 m，因其整体性好，外形美观，横向变宽调节范围大，在江苏省高速公路桥梁中占有很大比例，故研究装配预制小箱梁结构下部结构的计算方法显得尤为必要。当不计入水平地震力作用的影响时，桥墩墩顶水平力一般包括行车制动力、温度力及收缩作用力，由于收缩引起的水平力较小，且难以量化，故在本次计算分析中，忽略其作用效应［1-2］。

1 研究内容

主要研究江苏省路基宽度为34.5 m的高速公路桥梁。考虑到省内预制结构桥梁伸缩缝以D160型伸缩缝为主，故在本次验算的样本中，联长不超过 150 m。以中设设计集团股份有限公司2015版组合箱梁通用图为基础，上部结构横断面布置见图1。

图1 34.5 m路基宽预制小箱梁标准横断面布置/mm

以2015版预制小箱梁通用图的上部结构支反力为计算依据，分别对25 m、30 m、35 m和40 m各特征跨径下的下部结构墩柱进行计算，计算内容见表1。

表1 联跨布置汇总

2 墩顶水平力的分布规律

2.1 单孔跨径与墩顶水平力之间的变化关系

假设桥墩均按等高度布置，为了探索不同单孔跨径与墩顶水平力之间的变化关系，以墩柱高度为横轴，墩顶水平力为竖轴，绘制了不同单联跨径数时墩顶水平力的分布情况，见图2。

图2 不同单孔跨径墩顶水平力与墩柱高度关系

由图2可以看出，随着墩高增加，墩顶水平力逐渐降低，且降低的速度逐渐变慢，最终趋于稳定。当墩高相同时，单联跨径数增加，墩顶水平力减少，当单联跨径数达到一定数值，墩顶水平力趋于稳定。

2.2 单联跨径数与墩顶水平力之间的变化关系

为了探索不同单联跨径数与墩顶水平力间的变化关系，以墩柱高度为横轴，墩顶水平力为竖轴，绘制了不同单孔跨径时墩顶水平力的分布情况，见图3。

图3 不同单联跨径数下连续梁墩顶水平力与墩柱高度关系

由图3可以看出，当墩高较矮时，边墩上的支座会滑动，墩顶水平力为支座摩擦系数与上部结构支反力的乘积。当墩高超过10 m时，桥墩刚度变柔，由于温度变化引起的墩顶水平力分量减少，墩顶总水平力也减少，此时支座不滑动，墩顶水平力按实际量值取用。当单联跨径数相同时，不论单孔跨径为多大，随着墩高不断增加，墩顶水平力会逐渐趋于一个稳定值。产生这种结果是由于墩高过大，桥墩刚度变柔，因温度变化引起的墩顶水平力分量占主导，且此墩顶水平力分量只与桥墩刚度相关。

3 墩柱配筋率计算规律

研究墩柱配筋率与墩柱高度之间的变化规律，并根据其规律性，拟合公式用于近似估算不同跨径和不同墩高情况时，所需要的墩柱配筋率。配筋率是以满足70%的钢筋利用率，即墩柱轴力和弯矩设计值达到结构强度设计值的70%。根据不同墩高和不同跨径的墩柱配筋率计算结果，以墩高为横轴，以墩柱配筋率为竖轴，绘制了配筋率的分布情况和拟合曲线见图4。

图4 不同跨径下墩柱配筋率与墩柱高度关系

从图4可以看出，随着墩柱高度的增大，墩柱的配筋率基本呈指数分布，故假设墩柱配筋率y随墩柱高度x的变化关系式为y=a×xb+c。从拟合曲线的结果可以发现，原始数据点与四条拟合曲线的相关系数均接近于1，表示曲线拟合效果较好。

为当墩柱高度≯10 m时，由于墩柱配筋率较小，均小于规范[3]规定的最小配筋率0.5%，所以拟合误差较大。本次的拟合公式可以满足墩高＞10 m的墩柱配筋率估算，但同时计算的配筋率也不能超过规范[4]规定的最大配筋率5%。

4 结语

（1）当墩高＜5 m时，墩柱内不配置钢筋，墩柱轴力和弯矩设计值可以满足70%的强度保证率。（2）当墩高较矮时，边墩上的支座会滑动，墩顶水平力采用支座摩擦系数与上部结构支反力的乘积；当墩高超过一定高度时，桥墩刚度变柔，由于温度引起的墩顶水平力分量减少，墩顶总水平力也减少，支座不滑动，墩顶水平力按实际量值取值。（3）随着墩高增加，墩顶水平力降低；随着单联跨径数增加，墩顶水平力的大小趋近于稳定值；当墩高相同时，随单联跨径数减少，墩顶水平力也增加，当单联跨径数达到一定数量，墩顶水平力趋于稳定值。（4）探索了不同单孔跨径和不同墩高对墩柱配筋率的影响，近似拟合了墩柱配筋率估算公式，此配筋率同时满足规范[3-4]规定的配筋率限值要求。