不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋穩(wěn)定性分析

王輝

摘要：依托在建項(xiàng)目對(duì)不對(duì)稱剛構(gòu)橋采用懸臂施工過(guò)程中的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在成橋過(guò)程中的屈曲變形，經(jīng)過(guò)分析在施工過(guò)程中懸臂越長(zhǎng)結(jié)構(gòu)受力越大。文章中模擬依托工程中的2號(hào)墩，結(jié)構(gòu)右側(cè)最后階段掛籃失效，造成右側(cè)掛籃和濕重混凝土掉落，在這種不對(duì)稱狀態(tài)下，2號(hào)墩結(jié)構(gòu)為最不利受力狀態(tài)，也是影響屈曲變形最不利的情況。

關(guān)鍵詞：不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋；施工分析；抗傾覆

中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）04-0046-02

西南地區(qū)多為山谷地形，這種地區(qū)的地形通常呈“U”、“V”形。這類地形最優(yōu)的橋梁方案就是采用不對(duì)稱體系的橋梁，因?yàn)檫@樣可以避免對(duì)環(huán)境的破壞，并且可以節(jié)約材料的用量。通常不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋分為三種形式：一種是橋墩不對(duì)稱（即高低墩），主梁對(duì)稱；一種是橋墩對(duì)稱，主梁不對(duì)稱；第三種是橋墩和主梁均不對(duì)稱。其中第三種適應(yīng)地形的能力更強(qiáng)，在實(shí)際工程中應(yīng)用的更廣泛。

不對(duì)稱橋梁穩(wěn)定性的分析總體上可以分為兩大類，第一類是橋梁穩(wěn)定是平衡的問(wèn)題，原有的靜力學(xué)理論，在這種狀態(tài)下依然可以應(yīng)用。第二類橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論是，不對(duì)稱橋梁在外界作用的影響下，出現(xiàn)了塑性變形。通常我們?cè)诠こ讨兴龅降慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題，都是屬于第二類穩(wěn)定問(wèn)題，本文將運(yùn)用工程中的實(shí)例，分析橋梁在施工過(guò)程中的穩(wěn)定性，為以后的工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

1.工程概況

該橋地理位置屬低中山地貌，沖溝發(fā)育，地形起伏較大，形成典型的“U”形地形，這類地形可考慮采用的橋型方案有對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋和不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋兩種。不對(duì)稱剛構(gòu)橋不僅可以有效跨越障礙，而且基礎(chǔ)開(kāi)挖量相對(duì)于對(duì)稱剛構(gòu)橋要??；另外，不對(duì)稱剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)也采用不對(duì)稱體系，能夠有效的節(jié)約材料用量，降低工程造價(jià)，所以本項(xiàng)目最終采用不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋。跨徑布置為小邊跨53m，中跨128m，大邊跨92m。，小邊跨墩命名為不對(duì)稱剛構(gòu)橋的1號(hào)橋墩，大邊跨墩命名為不對(duì)稱剛構(gòu)橋的2號(hào)墩，小邊跨側(cè)對(duì)應(yīng)的梁段編號(hào)命名為A，大邊跨對(duì)應(yīng)的梁段編號(hào)命名為B。橋型布置圖如圖1。

箱梁構(gòu)造及主要尺寸，其中箱梁1號(hào)墩A0號(hào)梁段高度為620cm，邊跨和中跨的合攏段高度均為320em，兩端邊跨的現(xiàn)澆段高度也為320cm，其余A1號(hào)～An號(hào)梁段（長(zhǎng)度4150cm）梁高從620cm變化至320cm，其下緣按1.5次拋物線漸變。箱梁底板厚度也按1.5次拋物線漸變。A0構(gòu)造圖如圖2，1

2.有限元模型計(jì)算

2.1模型建立

本項(xiàng)目的依托工程，是一座不對(duì)稱的連續(xù)剛構(gòu)橋，其中重點(diǎn)分析的對(duì)象是2號(hào)橋墩，我們將對(duì)2號(hào)橋墩進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

2號(hào)墩結(jié)構(gòu)模型的簡(jiǎn)化：2號(hào)橋墩選用的模擬單元為梁?jiǎn)卧?，能夠傳遞彎矩、剪力和軸力，同時(shí)還能夠變形協(xié)調(diào)。橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗彎剛度由橋梁截面來(lái)承擔(dān)，為了提高安全系數(shù)，不考慮橋面系能夠抵抗的彎矩；主梁與橋墩之間的約束條件采用剛性連接，把六個(gè)方向的自由度都給約束住。渲染后的有限元模型如圖4所示。

2.2計(jì)算與結(jié)果

結(jié)構(gòu)計(jì)算模型考慮只在混凝土容重工況、鋼束張拉力工況、掛籃和模板重量工況、混凝土濕重主要荷載工況下的變形。在模型主菜單中選擇分析一屈曲分析控制，輸人需要計(jì)算的屈曲模態(tài)數(shù)量為4個(gè)；荷載系數(shù)范圍僅考慮正值；作用工況中自重工況和鋼束張拉力工況為常量，掛籃重量工況和混凝土濕重工況為變量。表1為2號(hào)墩計(jì)算的特征值。圖5為2號(hào)墩4階模態(tài)圖。

3.結(jié)論與展望

應(yīng)用橋梁分析軟件邁達(dá)斯/CIVIL對(duì)不對(duì)稱橋梁各個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行了詳盡的分析。屈曲分析得到的臨界荷載為：輸出的屈曲荷載系數(shù)（即特征值）乘以所有的變量荷載與荷載組合系數(shù)乘積之和加上所有常量荷載與荷載組合系數(shù)乘積之和。在實(shí)際工程應(yīng)用和分析中通常取最小的穩(wěn)定系數(shù)，通過(guò)表1看出最小的穩(wěn)定系數(shù)為11，也就是說(shuō)同時(shí)有11個(gè)掛籃重量和混凝土濕重墜落才會(huì)導(dǎo)致2號(hào)墩結(jié)構(gòu)屈曲變形。

本文的研究成果有一定的參考價(jià)值，與規(guī)范相對(duì)而言比較保守，計(jì)算結(jié)果偏安全。同時(shí)分析引起掛籃失效的主要原因是施工意外，對(duì)施工時(shí)間延誤比較明顯。最終建議加強(qiáng)施工管理，減少意外，并提高掛籃的安全儲(chǔ)備。引起掛籃失效的主要原因是施工意外，因此工程保險(xiǎn)能起到降低損失作用。本文的研究對(duì)施工過(guò)程，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。