墩间系梁对双肢薄壁高墩连续刚构稳定性的影响

马玉全，王景奇

(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司)

墩间系梁对双肢薄壁高墩连续刚构稳定性的影响

马玉全，王景奇

(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司)

利用有限元软件MIDAS/Civil对双肢薄壁高墩连续刚构桥的最大悬臂状态和成桥运营状态进行稳定分析，并考虑日照温差和施工过程中的不平衡荷载以及静风荷载的影响，讨论墩间系梁道数及系梁位置对双肢薄壁高墩稳定性的影响。对结果进行分析总结，从而为此类桥梁的设计积累一些经验。

连续刚构桥;双肢薄壁高墩;墩间系梁;稳定性

1 工程概况

某预应力混凝土连续刚构体系，跨径组合为(65+120+65)m。桥面宽度16.75 m，底面全宽8.0 m，顶面全宽16.75 m，主梁用2次抛物线变截面箱梁，梁高从跨中2.9 m渐变至墩梁固结处的7.5 m;墩身采用双肢薄壁空心墩，两主墩高分别为93 m、78 m，墩身采用C40混凝土。墩身截面如图1所示。

图1 双肢薄壁空心墩墩身截面

2 分析模型

采用桥梁专用有限元计算软件MIDAS/Civil 2010进行计算，计算荷载主要考虑:结构重力、预应力、温度效应、收缩徐变效应、汽车活载及其制动力、风荷载。计算中未考虑地震力的影响。所有荷载(作用)均按照《公路桥涵设计通用规范》中相应规定选取。

(1)最大悬臂施工阶段最不利荷载工况

图2 最大悬臂施工阶段荷载示意图

最不利荷载工况。自重+不平衡荷载作用，如图2所示。不平衡荷载主要考虑一边挂篮跌落，挂篮荷载取P=1 250 kN(考虑动力放大系数1.2)，悬臂单边堆载为q1=10.0 kN/m，考虑梁体浇筑不均匀，一个悬臂自重力增大5%，按单侧悬臂作用有q2=14.5 kN/m均布荷载计算。

(2)运营阶段最不利荷载工况

最不利荷载工况。自重+二期恒载+活载+制动力+纵桥向组合风荷载+桥墩日照温差(纵桥向温差5℃)。组合风荷载桥面高度处设计风荷载为25 m/s计算。

运营阶段荷载工况中均考虑整体升降温(升温15℃、降温20℃)、桥面梯度温度(按规范规定考虑)、收缩徐变、预应力钢束效应。

3 计算结果分析

3.1 系梁道数对双肢薄壁墩稳定性的影响

对墩高93 m双薄壁墩等间距布设的方法分别设0，1，2，3道系梁进行稳定性分析，研究系梁道数对双肢薄壁空心墩稳定性的影响，计算结果见表1。

表1 系梁道数与双肢薄壁空心墩稳定性的关系

由计算结果可知，在悬臂施工阶段及桥梁运营阶段设置l道系梁较不设系梁时稳定荷载分别提高151.4%及165.3%，设置2道系梁时稳定系数较设置1道系梁时稳定系数分别提高40.3%及53.8%，设置3道系梁时稳定系数较设置2道系梁时稳定系数分别提高0.67%及24.9%。增设系梁使得墩身刚度变大，抵抗变形能力增强，失稳荷载随之增大，但当横系梁增加到3道时最大悬臂施工阶段稳定系数已基本没有提高，运营阶段稳定系数提高也不明显，而且高墩的系梁处局部受力复杂，其主拉压应力较高墩自身的应力可能大很多，可见，多设系梁对墩身稳定并不利。

3.2 系梁位置对双肢薄壁墩稳定性的影响

(1)1道系梁位置对双肢薄壁墩稳定性的影响

计算93 m空心薄壁墩在墩身不同位置设置1道系梁时，桥梁最大悬臂施工状态及成桥运营状态结构的稳定系数，研究墩身稳定性与1道系梁位置的关系，计算结果如图3～4所示。

图3 施工阶段1道系梁位置与稳定系数关图

图4 运营阶段1道系梁位置与稳定系数关系图

(2)2道系梁位置对双肢薄壁墩稳定性的影响

计算93 m空心薄壁墩在墩身不同位置设置2道系梁时，桥梁最大悬臂施工状态及成桥运营状态结构的稳定系数，研究墩身稳定性与2道系梁位置的关系，计算结果如图5～6所示。

由上述计算结果可知，双薄壁墩若设一道系梁，设在墩中部稳定系数最大，偏下或偏上设系梁稳定系数都将减小。双薄壁墩若设两道系梁，悬臂施工阶段均匀布设于墩身时稳定系数最大，两头分散布设系梁或偏墩中部布设稳定系数都将减小。

图5 施工阶段2道系梁位置与稳定系数关系图

图6 运营阶段2道系梁位置与稳定系数关系图

4 结论

在满足桥梁运营稳定性要求的前提下，双肢薄壁墩没必要多设系梁。为保证施工过程中结构的稳定性，可在悬臂施工阶段设置临时的肢墩间横撑，以满足此阶段墩身稳定要求。双肢薄壁高墩，无论设置1道或2道系梁，将系梁均匀布置于墩高范围内更有利于桥梁的整体稳定性。

［1］马保林，李子青.高墩大跨连续刚构桥［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)［S］.中华人民共和国交通部发布，2004.

［3］范立础.预应力混凝土桥梁［M］.北京:人民交通出版社，1988.

［4］李国豪.桥梁结构稳定与振动(修订版)［M］.北京:中国铁道出版社，2002.

TU443.35

A

1008-3383(2013)07-0103-02

2012-11-17

马玉全(1982-)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，研究方向:桥梁设计及理论;王景奇(1972-)，男，副总工程师。

广东省交通厅科技项目，项目编号:200626，项目名称:山区高速公路高墩结构设计研究。