混凝土連續(xù)彎梁固結(jié)墩受力分析

1、    混凝土連續(xù)彎梁固結(jié)墩受力分析    龔雪芬摘要：通過(guò)結(jié)析，研究了固結(jié)墩在整體升溫、梯度升溫、汽車活載、支座沉降、制動(dòng)力、離心力及恒荷載等多項(xiàng)荷載工況下的受力性能，探討了固結(jié)墩墩高及固結(jié)墩數(shù)量等因素對(duì)固結(jié)墩受力性能的影響。為連續(xù)彎梁體系橋梁在橋型選擇和布設(shè)上提供一套合理的的指導(dǎo)依據(jù)。關(guān)鍵詞：混凝土連續(xù)彎梁剛構(gòu)體系，墩梁固結(jié)，墩高，固結(jié)墩數(shù)量，計(jì)算分析abstract: through the "real consolidation pier in overall temperature, the temperature gradient,

2、 car live load bearing, settlement, the braking force, the centrifugal force and constant load multiple load conditions force performance, this paper discusses the consolidation and consolidation mound mound mound high number of factors of consolidation stress influence on the performance of the pie

3、r. for continuous bending beam system bridges in selection and arrangement of bridge provides a reasonable set of guiding the basis.keywords: concrete continuous beam bending in the impend construct way system, pier beam consolidation, high piers, consolidation pier quantity, calculation and analysi

4、s：tu528：a ：1、概述石化北路(含石化北路廣園路立交)工程位于廣州市黃埔區(qū)，城市主干道i級(jí)，雙向六車道，為原石化北路道路擴(kuò)建工程。橋梁主要跨越廣園快速路、廣深鐵路及護(hù)林路。橋梁主線長(zhǎng)568m，包括新建主線跨線橋1座，全互通立交一座（共八條匝道，其中a、c、d、e、f、g六條為匝道橋）。匝道橋均采用普通鋼筋混凝土連續(xù)梁，由于匝道橋曲率半徑小，最小半徑為63.5m,為了有效抵抗扭轉(zhuǎn)、保證全橋穩(wěn)定，在條件允許的情況下，盡量采用墩梁固結(jié)，形成剛構(gòu)體系。墩梁固結(jié)在增加全橋穩(wěn)定的同時(shí),也增加了結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù),從而增加了結(jié)構(gòu)內(nèi)力效應(yīng)1，使橋墩受力相對(duì)復(fù)雜，不僅承受豎向力、水平力，還要承受彎矩（對(duì)于

5、彎梁固結(jié)墩包括縱橋向彎矩和橫橋向彎矩）。固結(jié)橋墩剛度大小是抵抗變形能力的體現(xiàn)，是控制連續(xù)剛構(gòu)體系橋型設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素2。影響固結(jié)墩受力的主要因素有墩高、固結(jié)墩數(shù)量，本研究主要針對(duì)以上兩參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及分析研究，為結(jié)構(gòu)體系合理設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)和指導(dǎo)。2、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及材料本研究采用a匝道第三聯(lián)（20+22.55+21.45+20m）普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行計(jì)算分析，軸號(hào)9#13#，箱梁高1.5m，采用單箱單室，梁寬8m，單側(cè)懸臂板長(zhǎng)1.6m，箱梁曲率半徑為72m，采用一次落架現(xiàn)澆施工。橋墩采用板墩，具體尺寸如圖3.1所示。圖2.1 連續(xù)梁構(gòu)造圖箱梁采用c50混凝土，板墩采用c40混凝土。2

6、、計(jì)算模型本橋結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算按空間桿系理論，采用橋梁空間計(jì)算程序midas civil 2011建立全橋空間有限元模型進(jìn)行仿真分析，結(jié)合施工方案及其構(gòu)造特征進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散。全橋上部縱梁計(jì)算模型共劃分為78個(gè)單元和79個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)離散圖見(jiàn)圖3.1。圖3.1 計(jì)算模型及離散圖計(jì)算荷載考慮了恒載、活載、混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度變化、梯度溫度、制動(dòng)力及離心力的作用。4、結(jié)果分析及討論4.1 墩高對(duì)墩頂受力的影響隨著墩高的增加，除制動(dòng)力和離心力單項(xiàng)工況外，其余單項(xiàng)荷載工況下，由于橋墩線剛度減小，其荷載效應(yīng)相應(yīng)減小，特別是縱橋向彎矩my成明顯減少趨勢(shì)，且固結(jié)墩的個(gè)數(shù)越多，超靜定次數(shù)越高，減少的趨勢(shì)

7、越明顯，如圖4.14.4所示，軸向力n與橫橋向彎矩mz則減小的幅度不明顯，如圖4.74.8。圖4.1整體升溫工況my值（10#墩）圖4.2 梯度升溫工況my值（10#墩）圖4.3 汽車活載工況my值（11#墩）圖4.4支座沉降工況my值（10#墩）圖4.5 恒荷載工況my值（10#墩） 圖4.6 基本組合my值（10#墩）圖4.7 恒荷載工況n值（11#墩）圖4.8汽車活載工況mz值（10#墩） 圖4.9 制動(dòng)力工況my值（10#墩）制動(dòng)力荷載效應(yīng)隨著墩高的增加相應(yīng)線性增加，離心力荷載效應(yīng)也隨著固結(jié)墩高的增加呈增加趨勢(shì)。這是由于制動(dòng)力和離心力分別沿梁體切向和徑向受力，墩高越高，引起的墩底反力越

8、大，從而導(dǎo)致墩頂荷載效應(yīng)相應(yīng)增加，如上圖4.9所示。4.2 固結(jié)墩數(shù)量對(duì)墩頂受力的影響（1）次邊墩10#墩頂受力分析圖4.10 整體升溫工況my值（10#墩）圖4.11恒荷載工況my值（10#墩）圖4.12 制動(dòng)力工況my值（10#墩）圖4.13基本組合my值（10#墩） 圖4.14基本組合n值（10#墩） 圖4.15基本組合mz值（10#墩）從圖4.104.13中可以看到，對(duì)于次邊墩10#墩而言，隨固結(jié)墩數(shù)量的增多，除制動(dòng)力工況外，其余工況下固結(jié)墩墩頂縱橋向彎矩my呈明顯增加趨勢(shì)，這是由于固結(jié)墩數(shù)量的增加，結(jié)構(gòu)體系的超靜定次數(shù)增加，由多余約束產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力相應(yīng)增加，所以固結(jié)墩數(shù)量越多，超靜定

9、次數(shù)越高，對(duì)結(jié)構(gòu)受力越不利，并且橋墩越矮，剛度越大，這種趨勢(shì)越明顯；而制動(dòng)力工況下固結(jié)墩墩頂縱橋向彎矩my則隨固結(jié)墩個(gè)數(shù)的增加而明顯減小，主要是因?yàn)榭v橋向制動(dòng)力沿箱梁切線方向作用，完全由固結(jié)墩承擔(dān)，固結(jié)墩數(shù)量越多，每個(gè)墩分擔(dān)的制動(dòng)力相對(duì)越小，從而引起的內(nèi)力相應(yīng)越小。從圖4.144.15中發(fā)現(xiàn)，隨固結(jié)墩個(gè)數(shù)的增加，固結(jié)墩墩頂軸向力n和橫向彎矩mz相應(yīng)有所增加，但增加的趨勢(shì)不明顯，也就是說(shuō)梁體固結(jié)墩越多，超靜定次數(shù)越高，對(duì)墩頂軸向力和橫向扭矩有一定影響，但影響不大。（2）中墩11#墩頂受力分析圖4.14 整體升溫工況my值（11#墩） 圖4.17汽車活載工況my值（11#墩） 圖4.18 制動(dòng)力工

10、況my值（11#墩）圖4.19基本組合my值（11#墩） 圖4.20基本組合n值（11#墩） 圖4.21基本組合mz值（11#墩）從圖4.144.19中可以看到，在對(duì)稱荷載作用下，如：整體升溫、梯度升溫、恒荷載及離心力工況，當(dāng)固結(jié)墩對(duì)稱布置時(shí)，隨固結(jié)墩數(shù)量的增多11#中墩墩頂彎矩my值變化不大；當(dāng)固結(jié)墩非對(duì)稱布置時(shí)，隨固結(jié)墩數(shù)量的增多11#中墩墩頂彎矩my值明顯增加。而在非對(duì)稱荷載作用下，如：汽車活載、支座沉降工況，無(wú)論固結(jié)墩是否對(duì)稱布置，隨固結(jié)墩數(shù)量的增加結(jié)構(gòu)體系的超靜定次數(shù)增加，墩頂縱橋向彎矩my值呈明顯增大趨勢(shì)。在制動(dòng)力作用下，隨著墩數(shù)量的增加，固結(jié)墩墩頂縱橋向彎矩my明顯減小，這與次邊

11、墩（10#墩）的受力狀況一致，固結(jié)墩數(shù)量越多，每個(gè)墩分擔(dān)的制動(dòng)力相對(duì)越小，從而引起的內(nèi)力相應(yīng)越小。從圖4.204.21中發(fā)現(xiàn)，隨固結(jié)墩個(gè)數(shù)的增加，固結(jié)墩墩頂荷載效應(yīng)軸向力n和橫向彎矩mz值相應(yīng)增加，但增加的幅度不大，這與10#固結(jié)墩的受力性能一致。5、結(jié)論通過(guò)計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：1）對(duì)于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，隨著固結(jié)墩墩高的增加，橋墩剛度減小，除制動(dòng)力和離心力外，其余墩頂荷載效應(yīng)均相應(yīng)減小。尤其墩頂縱橋向彎矩my值比較敏感，變化幅度較大，而軸向力n和橫橋向彎矩mz值則影響相對(duì)較小，變化值相對(duì)較小。2）隨著固結(jié)墩墩高的增加，制動(dòng)力荷載效應(yīng)成正比增加，離心力荷載效應(yīng)也隨著固結(jié)墩高的增加呈增加

12、趨勢(shì)。3）對(duì)于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，位于非橋跨中心位置的固結(jié)墩，隨著固結(jié)墩數(shù)量的增加，除制動(dòng)力荷載外，其余荷載工況下墩頂受力均有所增大，尤其是縱橋向彎矩my值比較敏感，增加幅度較大，而軸向力n和橫橋向彎矩mz影響相對(duì)較小，變化值相對(duì)較小。4）對(duì)于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，位于橋跨中心位置的固結(jié)墩，隨著固結(jié)墩數(shù)量的增加，在對(duì)稱荷載作用下，如：整體溫變、梯度溫變、恒荷載及離心力工況，當(dāng)全聯(lián)固結(jié)墩對(duì)稱布置時(shí)（所謂對(duì)稱布置時(shí)，是指當(dāng)橋跨布置為偶數(shù)跨時(shí)，固結(jié)墩個(gè)數(shù)為奇數(shù)；當(dāng)橋跨布置為奇數(shù)跨時(shí)，固結(jié)墩個(gè)數(shù)為偶數(shù)），其墩頂縱橋向彎矩my值變化不大；當(dāng)全聯(lián)固結(jié)墩非對(duì)稱布置時(shí)，其墩頂縱橋向彎矩my值隨固結(jié)墩數(shù)量的增加相應(yīng)明顯增加。而在非對(duì)稱荷載作用下，如：汽車活載、支座沉降等工況，無(wú)論固結(jié)墩是否對(duì)稱布置，隨固結(jié)墩數(shù)量的增加結(jié)構(gòu)體系的超靜定次數(shù)增加，墩頂縱橋向彎矩my值呈明顯增大趨勢(shì)。5）對(duì)于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，無(wú)論固結(jié)墩是否位于橋跨中心位置，固結(jié)墩數(shù)量對(duì)墩頂軸向力n和橫橋向彎矩mz值影響較小。隨著固結(jié)墩數(shù)量的增加，結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)的增多，墩頂軸向力n和橫橋向彎矩mz值有所增加，但變化的幅度不大。4）對(duì)于墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，無(wú)論固結(jié)墩是否位于橋跨中心位置，隨著固結(jié)墩數(shù)量的增加，制動(dòng)力作用下固結(jié)墩墩頂縱橋向彎矩my則隨固結(jié)墩個(gè)數(shù)的增加而明顯減小。本研究只考慮了固結(jié)墩墩高和固結(jié)墩個(gè)數(shù)