摘要:连续钢构桥矮墩会造成桥墩刚度过大,不满足柔性墩力学性能,导致桥梁纵向变形受限制,以及产生较大次内力。采用桩基模拟短柱法对其主桥的结构进行分析计算,并在后浇段预施顶力的措施,可以克服连续刚构桥的内在不利因素影响。分析计算方法简便,施工措施效果较好,可为类似桥型的设计与建造提供借鉴。
　　关键词:连续刚构;桥型设计;短柱模拟;离散模型
　　中图分类号:TU392文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0130-02
　　
　　一、连续钢构桥计算
　　连续刚构桥由于桥墩参加受弯作用,使主梁弯矩进一步减小,从而降低上部结构尺寸,增加净空高度,但对基础要求较高,结构超静定次数高,对常年温差、基础变形、日照温均较敏感。而桥墩刚度对整个结构受力影响较大,当桥墩较矮时会造成下部结构刚度过大,不满足柔性墩力学性能。导致桥梁纵向变形受限制,产生较大次内力,墩身及墩顶主梁受力很难满足要求。
　　连续刚构桥上部结构与基础连成整体,结构分析计算比较复杂,群桩基础直接影响桥梁下部结构的抗推刚度,在设计中可以用迭代法和桩基模拟短柱法模拟桩土效应,建立整体模型,得到体系真实的内力与变形,从而分析矮墩大跨连续刚构桥的受力情况。
　　同时在设计中采用整体承台切分、边孔合拢前对中墩进行顶推、增加弯起腹板束等措施改善桥梁的不利受力状况,对该结构进行了有益的探索,为该桥型的发展积累了设计经验。
　　常用的迭代法循环计算的工作量大,桩基模拟短柱法很好地弥补了这一方面的不足。桩基模拟短柱法是将群桩基础结构,按照整体刚度相等的原理模拟成两根短柱,柱底固结,双柱之间采用刚性杆件将柱顶连接,形状如“Π”形结构(如图2所示),该方法简化了桩-土间相互作用在有限元分析中边界处理问题。
　　有关的计算公式如下:
　　式中:H为短柱的长度;
　　A为每根短柱的横截面积;
　　E为桩基(短柱)的弹性模量;
　　I为每根短柱顺桥向的惯矩;
　　L为两短柱中心距(顺桥向);
　　δM=1、φM=1分别为当承台底面中心作用单位弯矩M=1时,该点产生的水平位移和转角;
　　δN=1为当承台底面中心作用单位垂直受力N=1时,该点产生的竖向位移;
　　δQ=1、φQ=1为当承台底面中心作用单位水平受力Q=1时,该点产生的水平位移和转角;
　　a为短柱截面横桥向边长;
　　b为短柱截面顺桥向边长。
　　二、工程实例
　　运河大桥位于德州市武城县境内。大桥工程全长1200m,其中引道583m,桥梁617m。桥梁为双向2车道,整体断面,桥宽16m。桥梁由两端引桥和主桥组成,引桥30m跨,上部为装配式预应力混凝土箱梁,下部为柱式桥墩;主桥为三跨预应力混凝土变截面连续刚构 (T构)。
　　主桥桩基平面如图2所示,桩径1.5m,C25混凝土钻孔灌注桩,桩长75m,如不考虑桩基冲刷影响。按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)中“m”法求得:
　　φM=1=1.3997×10-8rad
　　δM=1=φQ=1=4.22236×10-8m
　　δQ=1=7.10783×10-7 m
　　δN=1=1.16847×10-7m
　　模拟成短柱参数为:H=6.033 m,L=5.564 m,a=0.341 m,b=2.700m。
　　整体结构离散模型如图4所示:
　　由于混凝土的收缩、徐变,尤其是降温对大跨度的连续T构极为不利,许多T构桥会出现塌腰、墩顶附近裂缝等病害。为此,运河大桥主桥采用了在跨中留2m合拢后浇段安装千斤顶,对称同步施顶力。采用386kN的顶力,将后浇带的长度扩大1.5cm,然后灌入掺了膨胀剂的混凝土,完成后浇带的混凝土浇筑。
　　三、结语
　　采用上述施工措施,收到了较好的效果。运河大桥已使用近2年,主桥梁部未观察到塌腰、墩顶附近裂缝等病害。建成后的运河大桥实景如图5所示:
　　
　　参考文献
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　　[2]孔祥福.群桩基础等效刚度模拟计算[J].山东土木工程,2000,(4).
　　[3]公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)[S].人民交通出版社,2007.
　　[4]公路桥涵施工技术规范(JTJ04-2000)[S].人民交通出版社,2000.
　　[5]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)[S].人民交通出版社,2004.
　　
　　作者简介:戚道国 (1982-),男,德州市公路管理局设计院工程师,研究方向:路桥建设;康兆兴 (1977-),男, 德州市公路管理局设计院工程师,研究方向:路桥建设。