矮塔斜拉橋墩臺水平力分析計算

李林軼

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300074）

伴隨著國內橋梁的發(fā)展，橋梁上部結構計算方法越來越成熟，計算結果越來越趨于實際。但是橋梁下部結構計算發(fā)展較為緩慢，對于簡支梁橋和簡支變連續(xù)梁橋，縱向水平力通過橡膠支座分配于橋墩臺的計算方法在有關雜志上發(fā)表的不少，但是對于連續(xù)梁橋或矮塔斜拉橋，縱向水平力通過支座分配于橋梁墩臺的計算方法很少，有些工程師的簡化算法為：把全聯(lián)長度上的制動力由固定墩承受，活動墩則按摩阻力計算，這樣的算法在其剛度較小，或支座摩阻力較大的橋梁上會過于保守，而且對固定墩的影響上只考慮了制動力，未考慮固定墩和鄰近活動墩（未滑動）的收縮徐變，溫度變化引起的水平力。所以本文提出一種計算方法并結合工程實例進行分析。

1 計算原理

墩臺水平力的計算包括土壓力、混凝土收縮、徐變及溫度影響力、汽車制動力。水平力的計算以聯(lián)為單元進行，按彈性剛度理論，即先計算出支座和墩臺的水平抗推剛度，然后進行剛度組合，對每聯(lián)的水平力按集成剛度進行分配。

2 工程實例計算

涇河入渭口特大橋位于陜西省西安市涇渭分明處，全長964.311m，分四聯(lián)布置，其中第一、三、四聯(lián)為引橋部分，第二聯(lián)為主橋部分，主橋上部采用70+120+136+120+70m矮塔斜拉橋，下部采用花瓶墩。全橋樁基均采用鉆孔灌注樁基礎。主橋支座采用雙曲面球型減隔震支座，其中7號墩頂為固定支座，其余墩頂為滑動支座。本文以第二聯(lián)主橋為例，進行橋墩縱向水平力分析計算，橋型如圖1。

圖1

2.1 墩頂與支座的集成剛度

（1）橋墩剛度

多排樁墩臺剛度計算

其中h1、h2和h3分別是蓋梁高、墩柱高和承臺高，m為墩柱個數(shù)。γαα、γαβ、γββ為樁頂?shù)膯挝恍?，計算公式參見《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63-2007）。

（2）支座剛度

本工程采用雙曲面球型減隔震支座。當滑動支座靜止時，按同類固定支座計算。當滑動支座滑移時，支座剛度為0，即認為該墩退出共同作用，滑動支座阻礙滑動將對本聯(lián)產生一個支座摩阻力。

球型減隔震支座剛度=（支座豎向承載力×摩擦系數(shù)+震后滑移剛度×震后位移）/震后位移

（3）集成剛度

同一個墩上的支座剛度線形相加后，再與墩頂剛度串聯(lián)，串聯(lián)后的剛度便是支座頂部由支座與橋墩聯(lián)合的集成剛度。

Ki（集成剛度）=（支座總剛度×橋墩墩頂剛度）/（支座總剛度+橋墩墩頂剛度）

表1

2.2 混凝土收縮、徐變及溫度影響力在各墩上的分配

混凝土收縮、徐變及溫度下降，均屬于同一性質，一般混凝土收縮及徐變各按降溫15℃考慮，三者加起來，相當于降溫15℃+15℃+25℃=55℃我們先假定一個不動點的位置，即上部結構從這個不動點向兩側伸長，這個不動點左側受到的推力為正，右側受到的推力為負。然后通過下式求這個不動點的位置。

如果一個墩上的滑動支座沒有滑動，則推力貢獻為：

P=橋墩據(jù)S·P·距離×墩頂集成剛度×C

在求解過程中，滑動支座有可能滑動，也由可能固定不動，這取決于作用的大小，如果滑動支座在計算中判斷為滑動，那么應該按該墩退出共同作用而重新計算x。這時每個滑動支座處的推力貢獻為：P=U×R。

2.3 汽車制動力在各墩上的分配

制動力按全聯(lián)剛度分配，滑動支座在未滑動之前，應分配制動力，如果滑動后，活動支座的剛度為0，已滑動支座的墩臺是不參與制動力分配的。所有制動力由未滑動的滑動支座和固定支座承擔。

全聯(lián)制動力=折減系數(shù)×車道數(shù)×0.1×（qkL+1.2×Pk）=1170

表2 假設支座均不滑動的水平力分配

由此可見，主橋5、6、9、10號墩在計算中判定為滑動，那么這些墩按退出共同作用而重新計算全橋水平力，見表3。

表3 5、6、9、10號墩支座滑動后的水平力分配

計算結果為5、6、9、10號已經(jīng)滑動的支座所分配的水平力為各墩的最大摩阻力，8號墩重新計算后支座未滑動，所以7、8號墩所分配的最大水平力即為1878kN和1876kN。

3 結論

矮塔斜拉橋墩臺的水平力計算，首先按照集成剛度分配收縮徐變，溫度變化，制動力的作用，其次判斷滑動支座是否滑動，如果支座滑移，那么應該按該墩退出共同作用而重新計算，已經(jīng)滑移的支座將阻礙滑動對本聯(lián)產生一個支座摩阻力，滑動支座處連續(xù)梁墩臺最大水平力為摩阻力。其余未滑動的墩臺和固定墩重新計算分配水平力。

[1]范立礎橋梁工程.北京：人民交通出版社，2001.

[2]謝寶來，橋 易（.BridgeEasy）使用手冊.

[3]袁倫一.連續(xù)橋面簡支梁橋墩臺計算實例.北京：人民交通出版社，1994.