輔助墩布置對(duì)組合梁斜拉橋靜力性能的影響分析

尹超，楊善紅 （安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

對(duì)于大跨度斜拉橋，由于活載加載時(shí)錨墩支座反力和端錨索應(yīng)力幅變化均比較大，單靠調(diào)整邊中跨比例來協(xié)調(diào)上述二者間的矛盾往往很困難。若在邊跨適當(dāng)位置處設(shè)置一個(gè)或多個(gè)輔助墩，不僅可以改善成橋狀態(tài)下靜力性能，同時(shí)還可爭(zhēng)取邊跨提前合龍，減小懸臂長(zhǎng)度，特別是提高最不利懸臂施工狀態(tài)的風(fēng)致穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，輔助墩的設(shè)置對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性也會(huì)產(chǎn)生的顯著影響。

邊跨輔助墩的設(shè)置必須綜合考慮以下幾個(gè)方面的因素：船只通航要求；結(jié)構(gòu)體系靜力及動(dòng)力性能上的要求;施工組織方案與施工風(fēng)險(xiǎn)；上、下部工程經(jīng)濟(jì)性；邊跨分孔與主橋、引橋在跨徑上的協(xié)調(diào)，以及橋址地形特點(diǎn)等。

2 計(jì)算模型

為研究不同輔助墩設(shè)置對(duì)斜拉橋靜力性能的影響，分析計(jì)算主跨5OOm,638m,800m斜拉橋邊跨分別設(shè)置1，2，3個(gè)輔助墩的情況。

3 靜力性能分析

圖1 主跨638m邊跨設(shè)置一個(gè)輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

圖2 主跨638m邊跨設(shè)置兩個(gè)輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

圖3 主跨638m邊跨設(shè)置三個(gè)輔助墩橋型布置圖（單位：cm）

在大跨橋梁結(jié)構(gòu)荷載作用當(dāng)中，汽車荷載占有很大一部分比例，為分析邊跨輔助墩個(gè)數(shù)對(duì)組合梁斜拉橋剛度影響，在主跨5O0m、638m、800m組合梁斜拉橋基礎(chǔ)上，變化各個(gè)模型輔助墩個(gè)數(shù)，在計(jì)算模型結(jié)果中，主要提取汽車荷載引起主跨跨中最大正撓度、最大負(fù)撓度及橋塔塔頂向江側(cè)及岸側(cè)的偏位，同時(shí)分析比較輔助墩個(gè)數(shù)比較對(duì)橋塔內(nèi)力及活載索力的影響。

輔助墩的設(shè)置對(duì)組合梁斜拉橋的整體剛度有一定的影響。在活載作用下，分別設(shè)置1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)輔助墩時(shí)，638m主跨跨中最大正撓度從12.58cm減少到4.6cm，最大負(fù)撓度從52.03cm減少到47.25cm；從下圖中可以看出，輔助墩的設(shè)置對(duì)主梁撓度只是有一定程度的影響，塔頂偏位也表現(xiàn)出類似的情況。由于輔助墩數(shù)量的增加，在支點(diǎn)位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對(duì)索塔的約束，從而導(dǎo)致塔頂變形和主梁跨中撓度減小，塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結(jié)構(gòu)剛度。

主跨638m不同輔助墩數(shù)量結(jié)構(gòu)變位（單位：cm）

不同跨徑不同輔助墩數(shù)量結(jié)構(gòu)變位（單位：cm）

圖4 不同跨徑不同輔助墩個(gè)數(shù)剛度比較(單位：cm)

圖5 主跨638m不同支點(diǎn)數(shù)主梁活載撓度比較（單位：cm）

圖6 主跨638m不同輔助墩個(gè)數(shù)索塔活載縱向變形比較(單位：cm)

圖7 不同輔助墩個(gè)數(shù)主梁變形比較

圖8 不同輔助墩個(gè)數(shù)塔頂位移比較

組合梁斜拉橋作為纜索承重體系，索塔在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中的作用至關(guān)重要，由于輔助墩數(shù)量的增加，在支點(diǎn)位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對(duì)索塔的約束，從而使得塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結(jié)構(gòu)剛度。輔助墩個(gè)數(shù)從1個(gè)增加到3個(gè)時(shí)，索塔塔根最大彎矩從3.99×105kN·m減少到2.96×105kN·m。影響效果比較明顯，但就優(yōu)化索塔塔根彎矩而言，設(shè)置兩個(gè)輔助墩是最經(jīng)濟(jì)合理的，但是輔助墩的設(shè)置同時(shí)也需要考慮到通航的要求，橋址的地形特點(diǎn)等因素。

圖9 主跨638m不同輔助墩個(gè)數(shù)主塔塔根最大、最小彎矩

輔助墩數(shù)量增加，對(duì)中跨索力影響較小，對(duì)邊跨索力影響較大，其中當(dāng)輔助墩個(gè)數(shù)由1個(gè)增加到2個(gè)時(shí)，主跨5OOm組合梁斜拉橋端錨索力幅值可降低21.4%，主跨638m時(shí)較低15.94%，主跨800m時(shí)降低20.8%，但當(dāng)輔助墩個(gè)數(shù)增加到3個(gè)時(shí)，端錨索索力較2個(gè)輔助墩情況降幅十分有限。

4 小結(jié)

研究表明，不同數(shù)量的輔助墩對(duì)大跨徑組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)受力呈現(xiàn)下列規(guī)律。

①.由于輔助墩數(shù)量的增加，在支點(diǎn)位置處主梁受到約束，加大了邊跨斜拉索對(duì)索塔的約束，從而導(dǎo)致塔頂變形和主梁跨中撓度減小，塔根最大、最小彎矩減小，一定程度上增加了結(jié)構(gòu)剛度。

②.由于輔助墩數(shù)量增加，索塔縱向變形變小，顯著減小索塔的活載彎矩，同時(shí)減小輔助墩頂單個(gè)支點(diǎn)反力，但當(dāng)輔助墩數(shù)增加到3個(gè)時(shí)，對(duì)減小索塔縱向變形效果明顯減小，對(duì)提高結(jié)構(gòu)整體剛度貢獻(xiàn)有限。

③.輔助墩數(shù)量增加，對(duì)中跨索力影響較小，對(duì)邊跨索力影響較大，其中當(dāng)輔助墩個(gè)數(shù)由0增加至1個(gè)時(shí)，端錨索索力幅值降低最明顯，在50%～60%之間；當(dāng)輔助墩個(gè)數(shù)由1個(gè)增加到2個(gè)時(shí)，端錨索索力幅值降低在15%～20%之間；但當(dāng)輔助墩個(gè)數(shù)增加到3個(gè)時(shí)，端錨索索力較兩個(gè)輔助墩情況降幅十分有限，僅考慮邊跨斜拉索索力優(yōu)化而言，在設(shè)計(jì)中邊跨采用1個(gè)輔助墩比較經(jīng)濟(jì)合理，但是隨著跨徑的進(jìn)一步提升，可以通過增加輔助墩來改善結(jié)構(gòu)的受力。

④.輔助墩的設(shè)置還需要同時(shí)兼顧考慮到船只通航要求，結(jié)構(gòu)體系靜力及動(dòng)力性能上的要求，施工組織方案與施工風(fēng)險(xiǎn)，上、下部工程經(jīng)濟(jì)性，邊跨分孔與主橋、引橋在跨徑上的協(xié)調(diào)，以及橋址地形特點(diǎn)等。