01-薄壁高墩连续刚构桥桥墩纵向偏移受力分析_W

1、 第卷 第期 年 月中外公路文章编号：（） 薄壁高墩连续刚构桥桥墩纵向偏移受力分析 董义，张永水，肖军，张富贵，左 （重庆交通大学 土木建筑学院，重庆市 ） 摘要：薄壁高墩连续刚构桥若施工过程控制不严格，将导致墩身纵向偏移。该文以涪陵某连续刚构桥为研究对象，采用有限元软件 建立有限元计算模型，考虑短暂状况主梁的受力、持久状况墩身极限承载力、偏移前后主梁最大悬臂状态稳定性比较以及偏移前 后墩身内力和墩顶位移的比较，计算结果显示：墩身纵向小偏移不影响结构安全，结构仍然满 足施工与使用的要求。 关键词：连续刚构桥；薄壁高墩；纵向偏移；有限元分析 续表 工程概况 涪陵某连续刚构桥是重庆南川至涪陵高速公

2、路上的一座大桥，该桥主桥采用跨径组合为 一联的预应力混凝土连续刚构桥，主梁为变截 面箱梁，挂篮悬臂现浇施工。主桥墩采用箱形墩和双肋式柔性薄壁墩两种形式，高度在 以上的主墩采用箱形墩，箱形截面尺寸为 ，墩身顺桥向壁厚 ，横桥向壁厚 ，墩身与箱梁和承台相交处设置倒角。箱形墩中部设置一道厚 的横隔板。高度在 以下的主墩采用双肋式柔性薄壁墩，两肋间净距 ，墩身横桥向宽度与主桥箱梁底宽相同，均为 ，墩身顺桥向宽度为 ， 每肋的等截面尺寸为 。双肋式墩的中部设置一道厚 的横系梁。基础采用扩大基础， 由于在施工中发现薄壁墩的涪陵侧墩两肋在纵桥向均存在偏移 （表 ），针 对此种情况对 墩进行受力 分析。 注：

3、偏量正值为向南川侧偏移，负值为向涪陵侧偏移。 涪陵地区温度资料年平均值 ；历史最低 气温 ；历史最高气温 。 有限元模型建立 材料特性 混凝土：箱梁结构采用 混凝土，抗压弹性模量为 ；主墩墩身采用混凝土，抗压弹性模量为 ，重度均按计算。 预应力钢绞线：符合 标准，弹性模量为 ，标准强度 ，锚下张拉控制应力为 。 预应力孔道及锚具：采用 锚固体系，锚具回缩量。采用塑料波纹管成孔，孔道摩擦系数，偏差系数。 表 墩纵桥向偏位数据距墩顶面 距离 涪陵侧肋 偏量南川侧肋偏量收稿日期： 作者简介：董义，男，硕士研究生： 年 第期董义，等：薄壁高墩连续刚构桥桥墩纵向偏移受力分析 计算荷载 模型中挂篮采用集中

4、力，统一取为，恒载考虑一期恒载（结构自重取）和二期恒载（桥面铺装，取），汽车荷载根据公路桥梁设计规范取值，汽车荷载采用公路一级荷载。另外，分别考虑结构整体升温、整体降温以及温度梯度荷载的作用， 风荷载、基础沉降等因素。 结构受力分析 短暂状况应力验算：对上部结构受力影响分析 短暂状况即为施工阶段，主梁最大拉应力出现在最大悬臂状态，最大压应力出现在钢束张拉完成阶段。 根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第条规定，对于预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用 下混凝土正截面压应力应满足： 拉应力满足： 经计算得，该桥短暂状况混凝土正截面压应力最 大值为 左右，拉应力最大值

5、，满足规范要求。 计算模型 采用桥梁专用软件 进行结构分析， 主梁和桥墩均采用梁单元，桥墩墩底固结，桥墩与主梁节点采用刚性连接，支座处采用一般支承，分别模拟 薄壁墩偏位前后设计及实际结构，实际结构模型见图。 墩身持久状态极限承载力验算 （）墩底内力数据 墩为双薄壁墩，由 计算得到墩墩底在各工况下的内力值见表。 图 实际结构模型图 表 墩底内力数据 轴向 剪力（） 扭矩 （）弯矩（）（） 剪力（） 弯矩（）（） 工况截面恒载钢 束二次徐 变二次收缩二次 升 温 降 温 风荷载 基础沉降 制动力 （最大）（最小）注：表示 中第号有限单元的截面，即 墩的墩底； 表示桥梁横向； 表示桥梁竖向方向。 （

6、）内力基本组合 承载能力极限状态设计验算时，采用永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应组合，即基本组合： ） （）（） （） （ 各分项含义及系数取值参考 公路桥涵设计通用规范第 条。按照式（），经基本组合计算得到 墩底最大内力：轴力为 第卷中外公路（受压），弯矩 为。 （）墩身抗压承载能力验算 由 模 型计算可以看出，墩 底为最不利截面，故进行墩底截面持久状况极限承载能力验算。 轴心受压承载力验算： （ ） 因此，轴心受压承载力满足要求。纵桥向偏心受压承载力验算： 表最大悬臂状态下考虑 后内力对比 弯矩（） 墩底轴 墩底剪 项目力力墩顶墩底偏位前 偏位后 薄壁墩偏位前后墩顶位移对比 对比薄

7、壁墩偏位对考虑运行 年后墩顶顺桥向位移的影响，发现其影响很小，位 移值均在 左右。 故构件截面满足极限承载能力要求。 偏位前后最大悬臂状态稳定性参数比较 根据 计算得到薄壁墩偏位前、后在 薄壁墩偏位对桩基的影响 每个主墩基础布置一个 的承台，承台下 设置 根群桩基础，桩 径均为 ，桩长均在 以上，设计为端承桩。从上文分析可以看出，桥墩纵向小偏移对墩身的影响不大，结合桩 柱式基础的结构受力特点，桩基受此影响非常有限，可 以不用考虑其安全和受力。 最大悬臂状态的屈曲稳定特征值系数如表 所示，由表可以看出，屈曲稳定特征值在薄壁墩位置变化前后数值变化不大。 表偏位前、后屈曲稳定特征值系数 结论特征值

8、模态偏心前 偏心后 （）分析了 薄壁墩纵桥向偏位后对上部结构 主梁的受力影响，经验算对主梁的受力最不利影响均未超限。 （）对 薄壁墩进行了持久状态极限承载能力验算，验算结果表明，墩身强度满足规范要求，稳定性 满足施工要求。 （）比较了偏位前后极限状态及最大悬臂状态下墩顶和墩底内力情况，发现偏位对 墩受力影响较小。 （）比较了偏位前后薄壁墩墩顶纵桥向位移，发现位移数值变化较小，表明结构整体刚度变化很小。 综上所述，该大桥 墩纵向偏位对主桥上部结构受力影响在规范容许范围内，墩身强度满足持久状 态极限承载能力要求。总而言之，墩身小偏位不影响结构安全，结构仍然满足施工与使用的要求。 偏位前后 墩内力比较 偏位前后极限状态下 墩内力结果见表。 表薄壁墩偏位前后内力对比 弯矩（） 墩底轴 力墩底剪 力项目墩顶墩底位置变化前 位置变化后 偏位前后最大悬臂