山區(qū)不等高多跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計計算分析

王玲麗 蔡健

1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司 貴州 貴陽 550001 2.中交公路規(guī)劃設(shè)計院貴州分院 貴州 貴陽 550001

貴州高速為典型的山區(qū)公路，當(dāng)橋位處地面起伏很大時，會出現(xiàn)同一座橋中各墩高度相差非常懸殊的情況。大墩高比下各墩的抗推剛度相差較多，邊主墩與中主墩須分別進行設(shè)計。根據(jù)李民偉、寧曉駿“不等高雙肢薄壁墩對大跨度連續(xù)剛構(gòu)靜力影響”[1]的結(jié)論，墩高比對橋梁上部結(jié)構(gòu)靜力影響相對較小，上部結(jié)構(gòu)可采用相同的剛束，橋墩可根據(jù)墩高比的不同，采用相同截面不同配筋或不同截面不同配筋的方法滿足規(guī)范要求。

多跨連續(xù)剛構(gòu)橋是墩梁固結(jié)的多次超靜定結(jié)構(gòu)，在預(yù)應(yīng)力、混凝土的收縮徐變、非設(shè)計合攏溫度下合攏等的作用下，橋墩中將產(chǎn)生較大的內(nèi)力，橋墩各肢的位移也有較大差別，上述不利情況可通過一定的措施得到改善，文中結(jié)合120m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為例，簡要介紹不等高多跨連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計計算分析。

1 項目概況

該橋場區(qū)位于貴州西部高原山區(qū)，受溶蝕影響，地形較為復(fù)雜。橋梁按路線分幅設(shè)計，主橋采用（65.5+120+120+65.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩高度左幅分別為46m、131m、80m，右幅分別為50m、131m、90m；過渡墩高度左幅為21m，右幅為30m。該橋左幅橋型布置圖如圖1所示。

圖1 左幅橋型布置圖

2 主墩構(gòu)造設(shè)計

該橋主墩墩高相差懸殊，最矮的4號主墩左右幅墩高分為46m、50m，最高的5號主墩左右幅墩高均為131m，較高的6號主墩左右幅墩高分為80m、90m，最高墩與最矮墩的墩高比為2.85:1，較高墩與最矮墩的墩高比為1.8:1。計算發(fā)現(xiàn)邊主墩墩頂、底彎矩較大，抗裂計算較難通過，最高墩的墩底彎矩也較大，設(shè)計藉由減小邊墩的截面尺寸、增大中主墩剛度（中主墩采用上部雙肢薄壁、下部為箱形的組合結(jié)構(gòu)）來改善受力，橋墩分別設(shè)計成三種結(jié)構(gòu)形式，最矮的4號主墩采用實心墩，最高的5號主墩采用上部雙肢薄壁、下部箱形的組合結(jié)構(gòu)，較高的6號主墩采用雙肢薄壁空心墩。為保證箱梁0號塊橫隔板與橋墩的剛度匹配，箱梁的0號塊也設(shè)計成兩種形式，與實心墩相接的0號塊設(shè)置一道1.5m厚的橫隔板，與雙肢薄壁墩相接的0號塊設(shè)置兩道60cm厚的橫隔板，橫隔板間距1.6m。

橋墩細部構(gòu)造分別為：雙肢實心墩（橫向?qū)?.5m，縱向?qū)?.0m），兩片墩間凈距為6.0m，墩身不設(shè)系梁；薄壁空心墩與箱墩組合結(jié)構(gòu)，上部80m高度范圍內(nèi)為雙肢薄壁空心墩（橫向?qū)?.5m，縱向?qū)?.8m），下部51m范圍內(nèi)為整體式箱墩（橫向?qū)?.5m，縱向?qū)?0m）；雙肢薄壁空心墩（橫向?qū)?.5m，縱向?qū)?.8m），兩片墩間凈距為4.4m。為保證高墩在上部結(jié)構(gòu)懸臂澆筑施工時的穩(wěn)定性，在高墩墩身間設(shè)臨時系梁，系梁高0.8m，與墩身同寬，在上部箱梁合攏前予以移除。

3 主橋設(shè)計計算

以左幅橋為例建立計算模型，分述合攏順序、溫度作用、收縮徐變、合攏前頂推力對主墩的影響。

①合攏順序?qū)χ鞫盏挠绊懀翰捎靡韵聝煞N形式進行對比：1.先對稱合攏邊跨而后對稱合攏中跨；2.先對稱合攏中跨而后對稱合攏邊跨。兩種合攏方式對主墩墩頂及墩底彎矩、墩頂位移的影響見表1。

由表1可見，合攏順序?qū)χ鞫諒澗?、墩頂位移的影響較小，可忽略不計。根據(jù)“高墩多跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍方案及合龍頂推力計算研究”[2]中的，“邊跨合龍后，由于邊支座摩擦力等因素，在次邊跨施加頂推力較難達到頂推邊墩的效果”[2]，為此，該橋采用先中跨后邊跨的合攏順序。

②溫度作用對主墩的影響：該橋箱梁在23度下合攏，合攏溫度比設(shè)計溫度（15度）高8度，也就相當(dāng)于全橋成橋后一直受到降溫8度的溫度力作用。降溫8度下各墩墩頂?shù)淖畲笪灰?、彎矩如?所示（位移以向大樁號方向移動為正，向小樁號方向移動為負,彎矩以小樁號側(cè)受拉為正，大樁號側(cè)受拉為負）。

表1 不同合攏方式對各墩彎矩、位移的影響

表2 降溫8度下各墩墩頂?shù)淖畲笪灰?/p>

由表中數(shù)據(jù)可知，降溫8度作用引起的各墩墩頂?shù)淖畲笪灰啤⒍枕數(shù)讖澗鼐^大，各墩均向小樁號方向偏移，橋墩各肢的位移相差不大，橋墩各肢的彎矩相差較大。

③收縮徐變對主墩的影響：剛成橋、成橋5年時、成橋10年時各墩的最大位移如表2所示，彎矩如表3所示。

表3 各年各墩墩頂?shù)淖畲笪灰疲╩m）

表4 各年各墩的彎矩（kN.m）

由表3可知，除5號墩剛成橋時及其后各年各肢的位移基本一致外，其余各墩各肢的位移均有一定的差別，且隨著時間增加差別越來越大。收縮徐變下各墩成橋1～5年內(nèi)的位移增加值最多，位移增加值在1.1mm以上，之后成橋5～10年內(nèi)位移增加值減少。

由表4可知，收縮徐變下各墩的彎矩增加較多，成橋1年內(nèi)的彎矩增加最多，其后各年的增加幅度逐漸減小，但趨勢上仍在增加。剛成橋時橋墩各肢的彎矩相差較大，收縮徐變下各肢墩頂彎矩的差別逐漸減少，墩底彎矩的差別逐漸增加。

④頂推對主墩的影響：為降低或消除混凝土的收縮徐變、非設(shè)計合攏溫度下合攏時留存在橋墩中的內(nèi)力，減小成橋后收縮徐變下各肢位移的差別，可于合攏前在合攏段兩側(cè)的箱梁上施加適當(dāng)?shù)捻斖屏?，使頂推力產(chǎn)生的彎矩正好平衡混凝土的收縮徐變以及非設(shè)計合攏溫度下合攏引起的彎矩。假定橋墩中非設(shè)計合攏溫度下合攏時產(chǎn)生的彎矩為Md，各年混凝土的收縮徐變下的彎矩，第一年收縮徐變下的彎矩為M1、第二～五年收縮徐變下的彎矩為M2、第六～十年收縮徐變下的彎矩為M3，采用下面公式計算需平衡的彎矩M=Md+M1+0.9xM2+0.5xM3，為減少長期荷載在橋墩中產(chǎn)生的作用，對長期收縮徐變下的彎矩值進行了折減。通過試算求出需施加的頂推力的大小，在4、5號墩之間施加710kN的頂推力，在5、6號墩之間施加600kN頂推力，頂推后橋墩各年的位移、彎矩如表5、6所示。

表5 頂推后各年各墩墩頂?shù)淖畲笪灰疲╩m）

對比表3、5可以看出，頂推后橋墩各年的位移與頂推前相差不多，但頂推后橋墩各肢的位移差別減小了。

表6 頂推后各年各墩的彎矩（kN.m）

對比表4、6可以看出，頂推后4、6號墩各年的彎矩比頂推前大幅減少，頂推后成橋10年時這兩個橋墩的彎矩數(shù)值比頂推前減少50%以上，橋墩受力改善明顯，因為頂推后橋墩的彎矩方向與混凝土的收縮徐變產(chǎn)生的彎矩方向相反，隨著收縮徐變的增加，橋墩彎矩由上緣受拉變?yōu)橄戮壥芾ɑ蛴上戮壥芾優(yōu)樯暇壥芾?。最高?號墩各年的彎矩比頂推前增加較多，但隨著時間的增加，增加值明顯減小。

頂推前收縮徐變下橋墩最大彎矩發(fā)生在較矮的橋墩墩底，頂推后收縮徐變下橋墩最大彎矩發(fā)生在最高的橋墩墩底，頂推改善了較矮橋墩的受力，同時受力較大的高墩，因為截面尺寸較大，設(shè)計計算比較容易滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

文中結(jié)合120m不等高多跨連續(xù)剛構(gòu)橋，簡要介紹了該橋的設(shè)計特點、上下部構(gòu)造設(shè)計，并得出如下結(jié)論：

1）大墩高比下各墩的抗推剛度相差較多，邊主墩與中主墩須分別進行設(shè)計。2）不同合攏順序?qū)χ鞫諒澗亍⒍枕斘灰频挠绊戄^小，可忽略不計，為減少邊支座摩擦力等因素的影響，采用先中跨后邊跨的合攏順序。3）由混凝土的收縮徐變、非設(shè)計合攏溫度下合攏等產(chǎn)生的永久內(nèi)力均較大，橋墩各肢的位移差別也較大，永久內(nèi)力、各肢的位移差別可通過合攏前的頂推得到改善。先計算不頂推時由混凝土的收縮徐變、非設(shè)計合攏溫度下合攏在橋墩中產(chǎn)生的彎矩，并進行適當(dāng)?shù)慕M合，算出需要平衡的彎矩，而后通過試算求出頂推力的大小。