论文部分内容阅读
[摘 要]高墩大跨径混凝土连续刚构桥的墩、梁、基础共同受力，其桥墩刚度较柔，可允许较大的变位。刚构桥为多次超静定结构，混凝土的收缩徐变、温度变化、预应力的作用以及基础的不均匀沉降等因素引起的附加内力对该结构的影响很大。高墩大跨径混凝土连续刚构桥在施工阶段避免了设置临时支座，施工稳定性好，可采用不等长长度悬臂浇注，但对地基承载力的要求较高，若地基发生不均匀沉降，结构的稳定性将会降低。本文选取某高墩弯连续刚构桥，通过有限元软件MIDAS建模计算，对比分析在最大悬臂阶段和成桥状态下基础沉降对该桥的稳定性影响。
[关键词]高墩大跨径连续刚构桥，超静定结构，MIDAS，基础沉降，稳定性
中图分类号：O175.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0227-01
前言
高墩大跨径连续刚构桥伴随着我国公路交通事业的迅速发展，在桥梁工程领域中不断地得到推广和应用，其自身得天独厚的优点被设计者所青睐，从而在全国范围得到大力的推广及应用。目前，我国的山区高速公路连续刚构桥的建设正在如火如荼进行中，山区常见“U”、“V”状峡谷地形，而连续刚构桥施工的便利性及造价较低的优点尤其适合山区的地形特点。高墩大跨径连续刚构桥与其他桥梁相比，其结构特点主要是：墩、梁、基础三者固结共同受力；墩身形式、高度、纵横向风载、墩身日照温差空间扭曲、高墩的特柔性等对结构受力有影响。
1 工程概况
主桥跨径组合为69+130+69米，主桥总长度为268米，边跨与主跨度的比值为0.531。主桥位于纵坡为2.0%的单向坡。上部采用预应力混凝土箱梁，主梁采用单箱单室，箱顶宽12.0米，箱底宽6.0米，单侧悬臂长度3.0米。
2 上部结构
2.1 横截面布置
跨中梁高2.8米，墩顶根部梁高8.0米，单“T”箱梁梁高从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化。箱梁底板厚从箱梁根部截面的95.5厘米厚渐变至跨中及边跨支点截面的32厘米，按二次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用50、60厘米两个级别变化，零号块腹板厚度为100厘米。主梁悬臂浇注梁段长度共划分为3.5米和4.0米两种节段。
2.2 预应力束布置
纵向预应力：所有纵向预应力采用大吨位群锚体系，箱梁腹板、边跨底板及顶板的预应力钢束均采用φS15.2-19钢绞线束，其余的纵向预应力均采用φS15.2-22钢绞线束，其标准强度为1860MPa。
横向预应力：横向预应力采用φS15.2-2钢绞线束，其标准强度为1860MPa，扁锚体系，间距0.5米，规格为BM15-2，采用一端张拉、另一端轧花固定的锚固方式，张拉端与固定端沿桥纵向交错布置。
竖向预应力：竖向采用φS15.2-3钢绞线束，锚具采用OHM15-3G型二次张拉锚具，竖向预应力的纵向间距为50厘米，按双排布置，采用二次张拉。
3 下部结构
主墩采用双肋式柔性薄壁墩，肋间净距6.0米，墩身横桥向宽度与主桥梁箱底板同宽，均为6.0米，墩身顺桥向宽度为2米，每肋的截面尺寸为2×6.0米。每个主墩承台下设置9根群桩基础，桩径均为220厘米。
4 结构有限元计算
采用有限元分析软件Midas/Civil2011对主桥进行结构计算分析。
4.1 施工阶段最大悬臂阶段
该桥采用挂篮分段对称悬臂浇筑施工，悬臂浇筑梁段最大控制重量2300kN，挂篮设计重量1000kN。全桥施工全过程分为18个阶段，其中施工阶段15为最大悬臂阶段。主梁及桥墩均采用梁单元，墩梁固结的边界条件采用弹性连接中的刚性连接模拟。考虑以下荷载进行基本组合：（1）主梁自重（2）临时机具荷载（3）静风荷载（4）温度荷载（5）预应力荷载（6）沉降（7）一侧挂篮跌落（8）其他荷载。
4.2 成桥运营状态
验算成桥运营状态时，考虑的荷载工况如下：（1）自重（2）二期恒载（3）移动荷载（4）温度荷载（5）沉降（6）静风荷载等，按照规范进行最不利荷载组合。
按照规范要求，按短暂状况、持久状况下短期荷载效应组合及长期荷载效应进行计算。
4.3 结果分析
通过有限元计算，得出不同量值的基础沉降对施工阶段最大悬臂阶段和成桥运营阶段的内力影响，选取具有研究意义的跨中、墩顶及边跨跨中单元进行对比分析。结果如（表1）所示：
成桥运营阶段：
施工阶段最大悬臂阶段（表2）：
5 结论
本文通过有限元建模计算及理论分析得到以下结论：
（1）成桥运营阶段的荷载基本组合作用下，主墩基础沉降相同量值时，单侧沉降引起的内力变化较两侧同时沉降的内力变化大，剪力变化值尤为明显；沉降量值不同时，各控制界面的内力值随沉降量的增加而增大。
（2）施工阶段最大悬臂阶段的荷载基本组合作用下，主墩基础沉降相同量值时，单侧沉降引起的内力变化差值较大，剪力变化较突出；沉降量值不同时，各控制界面的内力值随沉降量的增加而增大。
（3）计算结果表明，在荷载的基本组合作用下，施工阶段最大悬臂阶段的内力变化值随基础沉降量的增加而增大的趋势较成桥运营阶段明显，施工阶段最大悬臂阶段的稳定性较成桥运营阶段差。
参考文献
[1] 马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2] 姚玲森.曲线梁[M].北京：人民交通出版社，1989.
[3] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2004：262-265.
[4] 李衡山.石马河特大桥高墩稳定性分析[J].中外公路，2006，6（26）：53-55.
[关键词]高墩大跨径连续刚构桥，超静定结构，MIDAS，基础沉降，稳定性
中图分类号：O175.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0227-01
前言
高墩大跨径连续刚构桥伴随着我国公路交通事业的迅速发展，在桥梁工程领域中不断地得到推广和应用，其自身得天独厚的优点被设计者所青睐，从而在全国范围得到大力的推广及应用。目前，我国的山区高速公路连续刚构桥的建设正在如火如荼进行中，山区常见“U”、“V”状峡谷地形，而连续刚构桥施工的便利性及造价较低的优点尤其适合山区的地形特点。高墩大跨径连续刚构桥与其他桥梁相比，其结构特点主要是：墩、梁、基础三者固结共同受力；墩身形式、高度、纵横向风载、墩身日照温差空间扭曲、高墩的特柔性等对结构受力有影响。
1 工程概况
主桥跨径组合为69+130+69米，主桥总长度为268米，边跨与主跨度的比值为0.531。主桥位于纵坡为2.0%的单向坡。上部采用预应力混凝土箱梁，主梁采用单箱单室，箱顶宽12.0米，箱底宽6.0米，单侧悬臂长度3.0米。
2 上部结构
2.1 横截面布置
跨中梁高2.8米，墩顶根部梁高8.0米，单“T”箱梁梁高从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化。箱梁底板厚从箱梁根部截面的95.5厘米厚渐变至跨中及边跨支点截面的32厘米，按二次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用50、60厘米两个级别变化，零号块腹板厚度为100厘米。主梁悬臂浇注梁段长度共划分为3.5米和4.0米两种节段。
2.2 预应力束布置
纵向预应力：所有纵向预应力采用大吨位群锚体系，箱梁腹板、边跨底板及顶板的预应力钢束均采用φS15.2-19钢绞线束，其余的纵向预应力均采用φS15.2-22钢绞线束，其标准强度为1860MPa。
横向预应力：横向预应力采用φS15.2-2钢绞线束，其标准强度为1860MPa，扁锚体系，间距0.5米，规格为BM15-2，采用一端张拉、另一端轧花固定的锚固方式，张拉端与固定端沿桥纵向交错布置。
竖向预应力：竖向采用φS15.2-3钢绞线束，锚具采用OHM15-3G型二次张拉锚具，竖向预应力的纵向间距为50厘米，按双排布置，采用二次张拉。
3 下部结构
主墩采用双肋式柔性薄壁墩，肋间净距6.0米，墩身横桥向宽度与主桥梁箱底板同宽，均为6.0米，墩身顺桥向宽度为2米，每肋的截面尺寸为2×6.0米。每个主墩承台下设置9根群桩基础，桩径均为220厘米。
4 结构有限元计算
采用有限元分析软件Midas/Civil2011对主桥进行结构计算分析。
4.1 施工阶段最大悬臂阶段
该桥采用挂篮分段对称悬臂浇筑施工，悬臂浇筑梁段最大控制重量2300kN，挂篮设计重量1000kN。全桥施工全过程分为18个阶段，其中施工阶段15为最大悬臂阶段。主梁及桥墩均采用梁单元，墩梁固结的边界条件采用弹性连接中的刚性连接模拟。考虑以下荷载进行基本组合：（1）主梁自重（2）临时机具荷载（3）静风荷载（4）温度荷载（5）预应力荷载（6）沉降（7）一侧挂篮跌落（8）其他荷载。
4.2 成桥运营状态
验算成桥运营状态时，考虑的荷载工况如下：（1）自重（2）二期恒载（3）移动荷载（4）温度荷载（5）沉降（6）静风荷载等，按照规范进行最不利荷载组合。
按照规范要求，按短暂状况、持久状况下短期荷载效应组合及长期荷载效应进行计算。
4.3 结果分析
通过有限元计算，得出不同量值的基础沉降对施工阶段最大悬臂阶段和成桥运营阶段的内力影响，选取具有研究意义的跨中、墩顶及边跨跨中单元进行对比分析。结果如（表1）所示：
成桥运营阶段：
施工阶段最大悬臂阶段（表2）：
5 结论
本文通过有限元建模计算及理论分析得到以下结论：
（1）成桥运营阶段的荷载基本组合作用下，主墩基础沉降相同量值时，单侧沉降引起的内力变化较两侧同时沉降的内力变化大，剪力变化值尤为明显；沉降量值不同时，各控制界面的内力值随沉降量的增加而增大。
（2）施工阶段最大悬臂阶段的荷载基本组合作用下，主墩基础沉降相同量值时，单侧沉降引起的内力变化差值较大，剪力变化较突出；沉降量值不同时，各控制界面的内力值随沉降量的增加而增大。
（3）计算结果表明，在荷载的基本组合作用下，施工阶段最大悬臂阶段的内力变化值随基础沉降量的增加而增大的趋势较成桥运营阶段明显，施工阶段最大悬臂阶段的稳定性较成桥运营阶段差。
参考文献
[1] 马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2] 姚玲森.曲线梁[M].北京：人民交通出版社，1989.
[3] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2004：262-265.
[4] 李衡山.石马河特大桥高墩稳定性分析[J].中外公路，2006，6（26）：53-55.