排架式橋墩墩梁固結(jié)合理墩高的研究

1、排架式橋墩墩梁固結(jié)合理墩高的研究1 前言排架式(即樁柱式)橋墩具有適應性強、施工簡便、受力明確、節(jié)省造價等優(yōu)點，因而在當前的公路橋梁中得到普遍應用。排架式橋墩屬于柔性墩，在橋墩不高時采用蓋梁頂設置支座的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。但當橋墩較高時，如果仍然采用帶支座的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，橋墩的自由長度就很大，不僅嚴重降低了橋墩的承載能力，墩頂?shù)奈灰埔膊灰卓刂?，必須要通過加大樁柱徑及配筋才能滿足受力要求。因此通常采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)形式，減小橋墩的自由長度，提高橋墩的剛度和承載力。與連續(xù)結(jié)構(gòu)相比，墩高較高時，墩梁固結(jié)的剛構(gòu)形式能明顯節(jié)約下部樁柱的尺寸，從而節(jié)約工程造價。眾所周知，柔性橋墩的內(nèi)力是按剛度分配的。若橋墩較矮時也

2、采用墩梁固結(jié)，橋墩的抗推剛度將非常大，從而承受的內(nèi)力也非常大，橋墩同樣也難以滿足受力要求。目前對適合采用墩梁固結(jié)的橋梁高度尚無統(tǒng)一標準。因此本文根據(jù)實際工程，建立一個一聯(lián)5孔30m的T梁模型， 通過不同墩高和不同的墩梁連接形式來分析橋墩的受力，從而找出墩梁固結(jié)的合理墩高，為工程設計提供參考。2 受力模型及計算公式假想橋墩固結(jié)于最大沖刷線以下某處，設墩高L,抗彎剛度為E I ,墩頂軸力N, 水平力T,彎矩M;支座抗推剛度為Ka,橋墩抗推剛度為K b；對墩頂連續(xù)的情況：橋墩合成抗推剛度K= (K aXK b) / (Ka + Kb),墩頂制動力按各墩的抗推剛度比例分配：Ti=T x Ki / E

3、Ki墩頂溫度力為：Ti= i x Ki對固結(jié)墩的情況：3 頂單位轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的墩頂彎矩為2 E I / L ;墩頂單位線位移產(chǎn)生的墩頂彎矩為-6 E I / L。以 5 跨連續(xù)梁(連續(xù)剛構(gòu))為例，以4 個墩頂獨立轉(zhuǎn)角位移采用位移法建立位移法方程得：Kl1 l+ K 12A 2+ K 13A 3+ Kl44+ R 1p=0Kai 1+ K 22/2+ K23A 3+ K24/4+R 2 p=0K31 1+ K 32 2+ K 33A 3+ K344+ R 3P=01K41 l+ K 42 2+ K 43A 3+ K444+ R 4P=0式中， I 墩頂線位移；Ki 各墩的抗推剛度；Kij 剛度系數(shù)。

4、利用結(jié)構(gòu)力學提供的載常數(shù)表及形常數(shù)表求解以上方程，可求出剛度系數(shù)K ,進而求出，最后可求出墩頂內(nèi)力。因以上為高次超靜定結(jié)構(gòu)，荷載包括恒載、汽車荷載、 汽車制動力、溫度力等，求解十分繁瑣，所以以下采用橋梁博士軟件建模分析。3受力分析采用橋梁博士建立 5-30m的T梁剛構(gòu)模型，如圖 1所示。全橋共設186個單元，202個節(jié)點，分別建立墩梁固結(jié)及連續(xù)模型。假想墩高為17n21m 25n 29m,墩嵌固于最大沖刷線以下 5米處，模型采用全斷面模擬，橫向雙柱的剛度等代到一個單柱斷面上。主要分析橋墩在恒載、汽車荷載、溫度力及制動力作用下的墩頂截面的內(nèi)力，近而計算出墩頂、墩底（最大沖刷線處）截面的內(nèi)力，同時

5、將得出的內(nèi)力進行抗力分析。設剛構(gòu)墩的計算系數(shù)為 0.75,連續(xù)墩為1.5 （關于橋墩計算系數(shù)不少文獻已有過相關的論述，本文僅引用結(jié)論，不做分析），分以下幾種情況進行分析：（1）墩高為17nl橋墩采用雙柱式墩，基礎為樁基礎，橋墩直徑為150cm，樁基直徑為160cmo這時橋墩線剛度較大，剛構(gòu)墩墩頂內(nèi)力較大。取剛構(gòu)墩最不利位置（墩頂斷面）和連續(xù)墩最不利位置（墩底斷面），內(nèi)力及抗力進行比較如表1所示。表1墩高17m連續(xù)、剛構(gòu)墩內(nèi)力驗算橋墩類型連續(xù)墩剛構(gòu)墩內(nèi)力（kN）7353.56187能力驗算抗力（kN）1650021560裂縫驗算裂縫（mrm0.10.17偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN）66335500的

6、軸力驗算抗力（kN）97544046偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kNm）32475437的彎矩驗算抗力（kNm）48584064從表1可以看出，橋墩高度在 17m時，在相同樁柱徑、相同配筋的情況下，剛構(gòu)墩偏心受壓構(gòu)件驗算已無法通過，而連續(xù)墩則還有一定的富余，因此設置剛構(gòu)墩比設置連續(xù)墩不利，（2）墩高為21m,橋墩采用雙柱式墩，基礎為樁基礎，橋墩直徑D=160cm樁基直徑為180cmu 墩底內(nèi)力見表2。從表2不難看出，墩高在21m時，同樣墩柱徑，同樣配筋的連續(xù)墩和剛構(gòu)墩相比，前者內(nèi)力的安全儲備稍大，裂縫也比后者小，而且后者在偏心受壓驗算時已無法通過，這時設置連續(xù)墩比設置剛構(gòu)墩合理。表2墩高21m連續(xù)、剛構(gòu)

7、墩內(nèi)力驗算:kN）76066776能力驗算抗力（kN）1674323536裂縫驗算裂縫（mrm0.130.17偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN）68646009的軸力驗算抗力（kN）82305389偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kNnt44845437的彎矩驗算抗力（kNmt54764895（3）墩高為25m,橋墩采用雙柱式墩，基礎為樁基礎，橋墩直徑D=160cm樁基直徑為180cmio內(nèi)力比較驗算情況見表 3。表3墩高25m連續(xù)、剛構(gòu)墩內(nèi)力驗算1內(nèi)力（kN）77607914能力驗算抗力（kN）1649222697裂縫驗算裂縫（mrm0.180.07偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN）70076545的軸力驗算抗力（kN）63

8、1410875偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN - m59193350的彎矩驗算抗力（kN - m54335667從表3可以看出，墩高25m的連續(xù)墩和剛構(gòu)墩相比，在同樣墩柱徑，同樣配筋的情況下，連 續(xù)墩偏心受壓構(gòu)件驗算已無法通過，剛構(gòu)墩還有較大的安全儲備，因此設置剛構(gòu)墩比設置連續(xù)墩合理。（4）墩高為29m,橋墩采用雙柱式墩，基礎為樁基礎，橋墩直徑D=180cm樁基直徑為200cmio墩底內(nèi)力驗算情況見表 4。表4墩高29m連續(xù)、剛構(gòu)墩內(nèi)力驗算橋墩類型連續(xù)墩 剛構(gòu)墩軸壓構(gòu)件承載內(nèi)力（kN）79537980能力驗算抗力（kN）1216827582裂縫驗算裂縫（mrm0.230偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN）7188

9、6644的軸力驗算抗力（kN）685212596偏心受壓構(gòu)件內(nèi)力（kN - m53942904的彎矩驗算抗力（kN - m52435605從表4依然可以得出與墩高 25m的同樣結(jié)論。且隨著墩高繼續(xù)加大，連續(xù)墩的內(nèi)力越來越大， 墩頂位移也越來越大，采用同樣墩柱徑、同樣配筋的連續(xù)墩已無法滿足受力要求。隨著墩高的增加，雖然剛構(gòu)墩內(nèi)力也在相應的增大，但因為剛構(gòu)墩計算長度系數(shù)較小，內(nèi)力及裂縫驗算安全儲備依然較大。從以上分析可以看出，墩高超過25m后，設置剛構(gòu)墩遠比設置連續(xù)墩合理，設置剛構(gòu)墩的合理最小墩高應為2125m；墩高超過25m后，連續(xù)墩的墩頂位移太大，影響使用。4實例應用莆田至永定高速公路莆田境內(nèi)

10、段工程A3合同段，斜尾大橋為（4 X 30+4X 30+5X30）m的預應力碎T梁橋，橋面單幅寬12.75m；其中第2聯(lián)平均墩高為25m（含蓋梁高度，橋高約27m）,擬采用雙柱式墩樁基礎，柱徑160cm,樁徑180cm （見圖2）。下部結(jié)構(gòu)在綜合考慮了以上的內(nèi)力分析及墩頂位移等情況后決定采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)墩方案。經(jīng)計算，橋墩配筋采用30根a25,裂縫最大寬度為 0.067mm,最大墩頂位移為1.9cm。在剛剛結(jié)束的莆永高速公路施工圖設計上，大部分大橋墩墩高在 25m以上的橋梁均設置了墩梁固結(jié)的剛構(gòu)墩。5結(jié)語（1）提出了連續(xù)墩及剛構(gòu)墩的計算公式，為采用軟件計算提供了理論基礎，對計算結(jié)果分項內(nèi)力趨勢判斷起到一定的作用。(2)采用橋梁博士軟件，以 5 x 30m連續(xù)梁橋為模型，建立包括墩梁連續(xù)與墩梁固結(jié)在內(nèi)的10多個模型，分析墩高從 1735m的內(nèi)力