大跨橋梁超高墩柱穩(wěn)定性能的傳遞研究

茅佳　楊娟

摘要：基于橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論，文章借助軟件對(duì)某公路起高墩大跨橋梁進(jìn)行了分析探討，主要是施工荷載、橋墩橫隔板等對(duì)施工時(shí)期穩(wěn)定性的敏感程度。文章通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，橋墩橫隔板的間距大小對(duì)于橋梁的穩(wěn)定性而言影響并不明顯，但是施工荷載的影響較為顯著，所以施工期間要注重施工荷載的平衡。

關(guān)鍵詞：大跨橋梁；超高墩；穩(wěn)定性

我國(guó)的交通行業(yè)蓬勃發(fā)展，橋梁建筑業(yè)迎來(lái)了輝煌的時(shí)期。在我國(guó)的高山峽谷地區(qū)修建公路時(shí)，在越過(guò)深溝峽谷時(shí)需要引橋，就可能會(huì)需要高橋墩的建設(shè)。尤其隨著經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展，在設(shè)計(jì)中對(duì)公路的平縱要求逐步在提升，造價(jià)與周圍環(huán)境的配合度也越來(lái)越高，那么勢(shì)必會(huì)在一些較為特殊的地形上進(jìn)行高橋墩的修筑。在建設(shè)過(guò)程中，為了減少成本，空心薄壁墩在實(shí)際施工中被采用得越來(lái)越多，同時(shí)為了能維持其橋梁的穩(wěn)定性，還需要在空心墩的內(nèi)部設(shè)計(jì)一些橫隔板。

1穩(wěn)定性理論

結(jié)構(gòu)失穩(wěn)主要指因?yàn)橥饬Φ挠绊懚鴮?dǎo)致結(jié)構(gòu)不再保持平衡狀態(tài)，逐漸失去平穩(wěn)，稍微有點(diǎn)擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致變形擴(kuò)大，最終破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。有兩類平穩(wěn)問(wèn)題，當(dāng)將要達(dá)到臨界荷載點(diǎn)的時(shí)候，在原來(lái)的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)以外還可能存在第二個(gè)平衡點(diǎn)。極值點(diǎn)喪失穩(wěn)定性，也就是說(shuō)最初結(jié)構(gòu)一直處于平衡態(tài)，后期隨荷載的加大而發(fā)生塑性變形，當(dāng)荷載增大到一定值時(shí)，結(jié)構(gòu)變形加速，乃至破壞結(jié)構(gòu)?？紤]力學(xué)方面，對(duì)結(jié)構(gòu)的第二類穩(wěn)定性進(jìn)行分析，其實(shí)也就是一直進(jìn)行幾何非線性和材料非線性平衡防城港的求解，不斷尋找其極限荷載。在實(shí)際情況中，工程的穩(wěn)定性問(wèn)題大多為第二類穩(wěn)定。但是，第一類穩(wěn)定特征值的求解相對(duì)較為簡(jiǎn)單，并且大部分條件下兩類問(wèn)題的臨界值差距較小，所以仍需要對(duì)第一類穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行分析研究。在對(duì)超高墩柱大跨橋梁穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，其主要包括高墩自體穩(wěn)定分析、主梁懸澆穩(wěn)定分析、最終的全橋穩(wěn)定分析，而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最弱的時(shí)期是施工到最大懸臂處的時(shí)候，因此對(duì)其的研究具有重要的意義。

2穩(wěn)定性分析

2.1工程實(shí)際情況

本研究主要對(duì)某公路的某大橋進(jìn)行分析，其跨徑總長(zhǎng)為360 m，公路的設(shè)計(jì)荷載是一級(jí)，其主梁的斷面是單項(xiàng)單室截面。橋梁的墩柱結(jié)構(gòu)為箱形薄壁空心墩柱，其最高為67 m，壁厚為0.5 m，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)為22 m。本段主橋的特點(diǎn)在于墩柱高度較大，壁厚較薄，且懸澆段較長(zhǎng)。其中0號(hào)選擇利用托架進(jìn)行澆筑，剩下的均使用掛籃進(jìn)行懸澆。橋型的總體布置詳情如圖1所示。

2.2最大懸臂施工時(shí)期的穩(wěn)定性分析

當(dāng)施工達(dá)到8號(hào)梁段的時(shí)候，結(jié)構(gòu)懸臂的長(zhǎng)度相當(dāng)大，這個(gè)時(shí)候結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最差，故對(duì)這個(gè)時(shí)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析是極其關(guān)鍵的。在懸臂進(jìn)行施工的過(guò)程中，因?yàn)椴黄胶獾暮奢d作用的影響，當(dāng)橋墩的高度逐步開(kāi)始增加的時(shí)候，其穩(wěn)定性的安全性能逐漸變?nèi)?，所以?yīng)當(dāng)對(duì)處于最大懸臂施工期內(nèi)的最高墩柱的穩(wěn)定性作出分析。

2.2.1橫隔板對(duì)穩(wěn)定性的影響

對(duì)最高的10號(hào)墩柱，進(jìn)行4種情況的設(shè)計(jì)，分別為：不設(shè)橫隔板、墩柱為全實(shí)心狀態(tài)、放置7塊或者13塊橫隔板。使其均處在承受各種荷載、自重等的最大懸臂施工時(shí)期，再對(duì)這4種情況進(jìn)行分析探討。最終可以發(fā)現(xiàn)最大懸臂施工時(shí)期這4種情況，在前4階的時(shí)候屈曲模態(tài)振形大致類似，并且均未出現(xiàn)整體屈曲失去穩(wěn)定性的情況，并不會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)。這就說(shuō)明了橫隔板的間距對(duì)于最大懸臂施工時(shí)期空心墩的穩(wěn)定而言影響并不明顯。并且表1的數(shù)據(jù)，也能表明橫隔板設(shè)置的影響較小。即使選擇實(shí)心的橋墩，其屈曲模態(tài)特征值也并沒(méi)有高多少，甚至沒(méi)有超過(guò)5%。因此，在設(shè)計(jì)空心墩時(shí)，可以選擇減少橫隔板的設(shè)置數(shù)量，這樣不僅能夠有效地降低成本，同時(shí)還能夠使工程施工容易一些，縮短工期。

2.2.2施工荷載對(duì)穩(wěn)定性的影響分析

首先將空心墩分為兩種情況：加施工荷載、不加施工荷載。兩種情況在各階的屈曲穩(wěn)定特征值如表2所示，從表2中可以看出，當(dāng)進(jìn)行到最大懸臂施工的階段時(shí)，施工荷載的影響較為明顯，兩種情況的屈曲模態(tài)特征值有一定的差別。因此，當(dāng)需要進(jìn)行此類施工的時(shí)候一定要注重對(duì)施工荷載的控制，比如：掛籃、器具擱置等，才可以有效避免失穩(wěn)問(wèn)題。

3結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，大跨橋梁超高墩柱的穩(wěn)定性能是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，其對(duì)橋梁建設(shè)有重要的作用。通過(guò)本文的分析，可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行橋梁墩柱設(shè)置時(shí)，減少橫隔板的設(shè)計(jì)，能夠有效地節(jié)約成本，同時(shí)降低施工難度，縮短施工周期。在大懸臂施工時(shí)期，要控制好施工荷載，維持墩柱的穩(wěn)定性。