基礎剛度對上承式連續(xù)梁拱組合橋梁內(nèi)力影響

胡斌

海南佳風工程設計有限公司湖北分公司 湖北武漢 430056

1 上承式連續(xù)梁拱組合橋梁的主要特點分析

預應力混凝土連續(xù)梁橋作為道橋工程常見的橋梁形式，多以等截面或者變截面形式存在。其中，等截面結(jié)構(gòu)形式比較適用于小跨徑橋梁建設施工當中。而變截面結(jié)構(gòu)形式比較適用于中、大跨徑橋梁建設施工當中。連續(xù)梁橋施工工藝較為成熟且造價比較低，通常是公路建設常用的橋梁形式[1]。其腹板混凝土材料以及預應力束錨具多具備較高的性能效果，但是外觀尺寸過大，導致外形結(jié)構(gòu)美觀程度不高。而鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)外形曲線比較優(yōu)美，但是拱橋結(jié)構(gòu)對于地基結(jié)構(gòu)要求較高，施工難度較大。再加上上承式連續(xù)梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)形式基本上可以克服上述橋梁結(jié)構(gòu)的不足，具備以下應用特點與優(yōu)勢：

首先，上承式連續(xù)梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)形式主要以連續(xù)梁為基體形式。以拱結(jié)構(gòu)形式加強梁體的受力效果，形成空腹式變截面梁體形式。中間墩結(jié)構(gòu)通常需要承受一定程度的水平推力，應用性能較為明顯。

其次，上承式連續(xù)梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)形式中的拱結(jié)構(gòu)可以有效承擔梁體的彎矩作用，與此同時，上承式連續(xù)梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)形式通常會以平衡受力姿態(tài)加強對梁體結(jié)構(gòu)的水平拉力作用，以確保中間墩拱結(jié)構(gòu)水平方向受力均勻，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力不均勻等隱患問題[2]。

最后，上承式連續(xù)梁拱組合橋梁結(jié)構(gòu)形式主要由拱軸力的垂直分力實現(xiàn)對連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)的承擔效果。一般來說，連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)所承擔的剪力強度將不再是梁體強度必受的控制條件。

最重要的是，梁體結(jié)構(gòu)所承受的縱向預應力束需要承擔來自拱結(jié)構(gòu)方面的水平作用力。并以直索形式降低預應力束帶來的摩擦阻力，在某些層面上簡化了張拉工藝步驟及應用流程，有效節(jié)約了造價成本。

2 基礎剛度對上承式連續(xù)梁拱組合橋梁內(nèi)力影響

2.1 工程概況

為加強基礎剛度對上承式連續(xù)橋梁拱組合橋梁內(nèi)力影響的研究效果，本文主要以某橋梁工程概況為研究對象，針對該橋梁結(jié)構(gòu)實際情況，進行具體說明。本案例橋梁工程在橋跨布置方面為36+67+36=139m，橋梁寬度為雙幅34．5m。圓弧半徑68m。懸臂長度2．0m，單箱三室截面，半幅掐面寬16．5m。拱板厚度1．6m。承臺高度3．0m，方案一配置單排2．2m鉆孔灌注樁，方案二單排1．8m鉆孔灌注樁，方案三采用雙排1．5m鉆孔灌注樁。

根據(jù)該工程所處地質(zhì)條件來看，工程具備的地質(zhì)條件較為復雜，通常為雜填土層，粉質(zhì)黏土夾粉土層，粉土層、強風化泥巖層，中風化泥巖層等土質(zhì)結(jié)構(gòu)形式。對于該工程結(jié)構(gòu)基礎剛度的受力影響以及橋梁樁基礎剛度計算問題，要求設計人員必須嚴格按照橋梁工程計算標準，根據(jù)非巖石地基水平向抗力系數(shù)的比例系數(shù)問題，計算出巖石地基抗力系數(shù)數(shù)值。在參數(shù)計算問題方面，最好按照規(guī)范規(guī)定計算方式，如利用橋梁專用軟件計算，防止參數(shù)數(shù)據(jù)計算失誤問題出現(xiàn)。另外，在橋梁建模過程應考慮樁土共同作用的影響，樁基的模擬采用m法。

2.2 結(jié)構(gòu)計算問題

案例橋梁工程在結(jié)構(gòu)計算方面利用橋梁專用軟件進行合理計算。其中，針對主梁結(jié)構(gòu)C50混凝土結(jié)構(gòu)形式，主要按照專業(yè)計算規(guī)則以及公路級別標準進行合理計算。對于支座沉降、非線性溫度以及升降溫變化等問題，必須采取規(guī)范規(guī)定數(shù)值進行合理計算。另外，對于基礎剛度計算問題，橋梁樁基礎剛度以及強度計算主要利用非巖石地基水平向抗力系數(shù)的比例系數(shù)計算原則，即m法進行合理計算。建模過程中，樁基深度必須按照間隔布置要求，模擬出樁土共同作用效應，并按照土彈簧彈性系數(shù)規(guī)則進行合理計算。結(jié)構(gòu)計算方式的選擇方面，最好以平面梁單元計算方式為主，重點針對橋梁上部結(jié)構(gòu)部位進行科學計算。

2.3 實際影響

按照案例工程所提供的數(shù)據(jù)資料進行計算，所得的計算結(jié)果明確體現(xiàn)出基礎剛度對上承式連續(xù)梁拱組合橋梁內(nèi)力影響。如在荷載作用力的影響下，橋墩基礎結(jié)構(gòu)頂部發(fā)生明顯位移且出現(xiàn)反力作用效果。究其原因，主要是因為在荷載作用力的影響下，單排樁基礎結(jié)構(gòu)剛度效果明顯比雙排樁大得多。與此同時，在溫度作用的影響下，雙排樁位移明顯縮短且水平方向產(chǎn)生的基礎反力要比正常水平多得多。一般來說，這個值是與基礎剛度有很大關系。另外，彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的約束作用力較多，在基礎結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)共為一體的情況時，無法滿足結(jié)構(gòu)變形要求，且產(chǎn)生的約束作用力要比鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)形式高得多。

由于墩梁固結(jié)，墩頂位移受到自身剛度及上部結(jié)構(gòu)約束的影響，在墩身及上部結(jié)構(gòu)中均產(chǎn)生較大次內(nèi)力，而對于上承式連續(xù)梁拱結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)次內(nèi)力以軸向力為主，通過配置合理的縱向預應力束能較好平衡該部分次內(nèi)力。根據(jù)本例在不同基礎剛度下上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知，過大的剛度基礎將會使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的次內(nèi)力，次內(nèi)力的增長在基礎剛度比間呈現(xiàn)非線性增長。本例中方案三種產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)次內(nèi)力分別是方案一、方案二的1．8倍、3．2倍。因此在設計中應選擇合理的下部形式，使上下部結(jié)構(gòu)剛度比值適宜，以減少超靜定結(jié)構(gòu)中次內(nèi)力的影響[3]。

3 結(jié)語

根據(jù)本文的相關分析可知，結(jié)構(gòu)基礎剛度對于橋梁受力情況往往會產(chǎn)生至關重要的影響。如剛度過大的基礎結(jié)構(gòu)會受到溫度影響，上部結(jié)構(gòu)常會出現(xiàn)變形問題。而基礎剛度過小，則結(jié)構(gòu)自身強度與裂縫程度將會出現(xiàn)顯著變化，增加施工難度。針對于此，建議設計人員選擇上部結(jié)構(gòu)與橋梁基礎合理的剛度比設計方案，通過加強橋梁結(jié)構(gòu)的水平作用力效果，實現(xiàn)預應力配置平衡要求。