混凝土连续弯梁固结墩受力分析

1、    混凝土连续弯梁固结墩受力分析    龚雪芬摘要：通过结析，研究了固结墩在整体升温、梯度升温、汽车活载、支座沉降、制动力、离心力及恒荷载等多项荷载工况下的受力性能，探讨了固结墩墩高及固结墩数量等因素对固结墩受力性能的影响。为连续弯梁体系桥梁在桥型选择和布设上提供一套合理的的指导依据。关键词：混凝土连续弯梁刚构体系，墩梁固结，墩高，固结墩数量，计算分析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(含石化北路广园路立交)工程位于广州市黄埔区，城市主干道i级，双向六车道，为原石化北路道路扩建工程。桥梁主要跨越广园快速路、广深铁路及护林路。桥梁主线长568m，包括新建主线跨线桥1座，全互通立交一座（共八条匝道，其中a、c、d、e、f、g六条为匝道桥）。匝道桥均采用普通钢筋混凝土连续梁，由于匝道桥曲率半径小，最小半径为63.5m,为了有效抵抗扭转、保证全桥稳定，在条件允许的情况下，尽量采用墩梁固结，形成刚构体系。墩梁固结在增加全桥稳定的同时,也增加了结构的超静定次数,从而增加了结构内力效应1，使桥墩受力相对复杂，不仅承受竖向力、水平力，还要承受弯矩（对于

5、弯梁固结墩包括纵桥向弯矩和横桥向弯矩）。固结桥墩刚度大小是抵抗变形能力的体现，是控制连续刚构体系桥型设计及结构设计的关键因素2。影响固结墩受力的主要因素有墩高、固结墩数量，本研究主要针对以上两参数进行计算及分析研究，为结构体系合理设计提供可靠的依据和指导。2、结构构造及材料本研究采用a匝道第三联（20+22.55+21.45+20m）普通钢筋混凝土连续箱梁进行计算分析，轴号9#13#，箱梁高1.5m，采用单箱单室，梁宽8m，单侧悬臂板长1.6m，箱梁曲率半径为72m，采用一次落架现浇施工。桥墩采用板墩，具体尺寸如图3.1所示。图2.1 连续梁构造图箱梁采用c50混凝土，板墩采用c40混凝土。2

6、、计算模型本桥结构静力计算按空间杆系理论，采用桥梁空间计算程序midas civil 2011建立全桥空间有限元模型进行仿真分析，结合施工方案及其构造特征进行结构离散。全桥上部纵梁计算模型共划分为78个单元和79个节点，结构离散图见图3.1。图3.1 计算模型及离散图计算荷载考虑了恒载、活载、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降、温度变化、梯度温度、制动力及离心力的作用。4、结果分析及讨论4.1 墩高对墩顶受力的影响随着墩高的增加，除制动力和离心力单项工况外，其余单项荷载工况下，由于桥墩线刚度减小，其荷载效应相应减小，特别是纵桥向弯矩my成明显减少趋势，且固结墩的个数越多，超静定次数越高，减少的趋势

7、越明显，如图4.14.4所示，轴向力n与横桥向弯矩mz则减小的幅度不明显，如图4.74.8。图4.1整体升温工况my值（10#墩）图4.2 梯度升温工况my值（10#墩）图4.3 汽车活载工况my值（11#墩）图4.4支座沉降工况my值（10#墩）图4.5 恒荷载工况my值（10#墩） 图4.6 基本组合my值（10#墩）图4.7 恒荷载工况n值（11#墩）图4.8汽车活载工况mz值（10#墩） 图4.9 制动力工况my值（10#墩）制动力荷载效应随着墩高的增加相应线性增加，离心力荷载效应也随着固结墩高的增加呈增加趋势。这是由于制动力和离心力分别沿梁体切向和径向受力，墩高越高，引起的墩底反力越

8、大，从而导致墩顶荷载效应相应增加，如上图4.9所示。4.2 固结墩数量对墩顶受力的影响（1）次边墩10#墩顶受力分析图4.10 整体升温工况my值（10#墩）图4.11恒荷载工况my值（10#墩）图4.12 制动力工况my值（10#墩）图4.13基本组合my值（10#墩） 图4.14基本组合n值（10#墩） 图4.15基本组合mz值（10#墩）从图4.104.13中可以看到，对于次边墩10#墩而言，随固结墩数量的增多，除制动力工况外，其余工况下固结墩墩顶纵桥向弯矩my呈明显增加趋势，这是由于固结墩数量的增加，结构体系的超静定次数增加，由多余约束产生的结构内力相应增加，所以固结墩数量越多，超静定

9、次数越高，对结构受力越不利，并且桥墩越矮，刚度越大，这种趋势越明显；而制动力工况下固结墩墩顶纵桥向弯矩my则随固结墩个数的增加而明显减小，主要是因为纵桥向制动力沿箱梁切线方向作用，完全由固结墩承担，固结墩数量越多，每个墩分担的制动力相对越小，从而引起的内力相应越小。从图4.144.15中发现，随固结墩个数的增加，固结墩墩顶轴向力n和横向弯矩mz相应有所增加，但增加的趋势不明显，也就是说梁体固结墩越多，超静定次数越高，对墩顶轴向力和横向扭矩有一定影响，但影响不大。（2）中墩11#墩顶受力分析图4.14 整体升温工况my值（11#墩） 图4.17汽车活载工况my值（11#墩） 图4.18 制动力工

10、况my值（11#墩）图4.19基本组合my值（11#墩） 图4.20基本组合n值（11#墩） 图4.21基本组合mz值（11#墩）从图4.144.19中可以看到，在对称荷载作用下，如：整体升温、梯度升温、恒荷载及离心力工况，当固结墩对称布置时，随固结墩数量的增多11#中墩墩顶弯矩my值变化不大；当固结墩非对称布置时，随固结墩数量的增多11#中墩墩顶弯矩my值明显增加。而在非对称荷载作用下，如：汽车活载、支座沉降工况，无论固结墩是否对称布置，随固结墩数量的增加结构体系的超静定次数增加，墩顶纵桥向弯矩my值呈明显增大趋势。在制动力作用下，随着墩数量的增加，固结墩墩顶纵桥向弯矩my明显减小，这与次边

11、墩（10#墩）的受力状况一致，固结墩数量越多，每个墩分担的制动力相对越小，从而引起的内力相应越小。从图4.204.21中发现，随固结墩个数的增加，固结墩墩顶荷载效应轴向力n和横向弯矩mz值相应增加，但增加的幅度不大，这与10#固结墩的受力性能一致。5、结论通过计算分析，得到以下结论：1）对于墩梁固结的连续刚构体系，随着固结墩墩高的增加，桥墩刚度减小，除制动力和离心力外，其余墩顶荷载效应均相应减小。尤其墩顶纵桥向弯矩my值比较敏感，变化幅度较大，而轴向力n和横桥向弯矩mz值则影响相对较小，变化值相对较小。2）随着固结墩墩高的增加，制动力荷载效应成正比增加，离心力荷载效应也随着固结墩高的增加呈增加

12、趋势。3）对于墩梁固结的连续刚构体系，位于非桥跨中心位置的固结墩，随着固结墩数量的增加，除制动力荷载外，其余荷载工况下墩顶受力均有所增大，尤其是纵桥向弯矩my值比较敏感，增加幅度较大，而轴向力n和横桥向弯矩mz影响相对较小，变化值相对较小。4）对于墩梁固结的连续刚构体系，位于桥跨中心位置的固结墩，随着固结墩数量的增加，在对称荷载作用下，如：整体温变、梯度温变、恒荷载及离心力工况，当全联固结墩对称布置时（所谓对称布置时，是指当桥跨布置为偶数跨时，固结墩个数为奇数；当桥跨布置为奇数跨时，固结墩个数为偶数），其墩顶纵桥向弯矩my值变化不大；当全联固结墩非对称布置时，其墩顶纵桥向弯矩my值随固结墩数量的增加相应明显增加。而在非对称荷载作用下，如：汽车活载、支座沉降等工况，无论固结墩是否对称布置，随固结墩数量的增加结构体系的超静定次数增加，墩顶纵桥向弯矩my值呈明显增大趋势。5）对于墩梁固结的连续刚构体系，无论固结墩是否位于桥跨中心位置，固结墩数量对墩顶轴向力n和横桥向弯矩mz值影响较小。随着固结墩数量的增加，结构超静定次数的增多，墩顶轴向力n和横桥向弯矩mz值有所增加，但变化的幅度不大。4）对于墩梁固结的连续刚构体系，无论固结墩是否位于桥跨中心位置，随着固结墩数量的增加，制动力作用下固结墩墩顶纵桥向弯矩my则随固结墩个数的增加而明显减小。本研究只考虑了固结墩墩高和固结墩个数