T构连续刚桥梁墩结构设计及其刚度对下部构造设计的影响

2022-12-11

A桥为跨越山间谷地、乡道及河道而设。桥位处为剥蚀低丘地形, 丘谷相间, 相对高差约5 0 m。两端为低丘坡地, 植被发育, 中部低洼地。桥位处地层构造简单, 上部主要为第四系冲积残坡积土, 下部为花岗岩。地表有河通过, 宽约30m, 常年流水, 水位受季节降水控制, 冲刷作用不强。地下水主要为潜水, 赋存于上部砂层及残积层中, 水量较大。本桥综合景观、工期、造价及桥位处的地形、地质条件等因素, 上部构造采用施工快、造价省的装配式30m预应力砼T形组合梁方案。本桥桥墩较高 (最高墩高达38m左右) 。对于此类桥墩较高的桥梁, 上部构造如采用简支结构从目前已建成桥梁来看, 一方面由于30m简支T梁钢束用量较大, 预制梁上拱度大, 施工中不易控制桥面标高;另一方面由于墩柱较高, 墩柱计算长度大, 且墩顶弯矩为零, 最大弯矩出现在墩底, 设计上必然考虑加大墩柱截面尺寸以满足受力要求, 从而造成材料上一定的浪费。在本桥设计时, 针对墩身较高的情况, 为方便施工和满足经济要求, 采用了先简支后结构连续的刚构体系。该简支—刚构桥因墩梁固结, 结构体系由简支转换为连续刚构, 其主梁根部产生正负弯矩, 跨中截面正弯矩及墩身截面内力较简支体系小。而且其上、下部结构整体性好, 结构的纵向位移和结构内力通过柔性桥墩的变形来进行调节, 故上、下结构受力及变形协调一致, 但墩梁固结连续段局部受力复杂。该桥横向分左右两幅修建, 每幅采用8片梁, 梁距210cm。

1 A桥的结构设计要点

由于A桥的上部结构采用预应力砼T形组合梁, T形组合梁按预应力A类构件设计。T梁先简支架设, 通过现浇连续段、桥面板及横隔板, 达到体系转换, 形成连续刚构。

1.1 主梁设计

体系一:简支体系———预制T梁自重, 梁体为简支受力状态。

体系二:连续刚构体系———墩梁固结后, 现浇桥面板, 梁体与桥墩呈连续刚构受力状态。其跨中弯矩比简支梁小, 支点负弯矩比一般的连续梁小。

1.2 A桥桥墩刚度对下部构造内力的影响

A桥采用9×30m全桥一联的连续刚构, 受地形条件的影响, 各墩高度变化较大。1号、8号桥墩为6m, 而3号、4号、5号、6号桥墩高达38m左右, 2号、7号桥墩高20m左右。桥墩线刚度变化较大, 而桥墩的刚度对连续刚构内力影响很大, 故设计中考虑释放边墩即1号、8号墩, 在1号、8号墩顶设置滑板支座而采用连续梁形式, 其余各墩采用墩梁固结。考虑到桥梁的造型及施工的方便, 结构设计中保持上部构造刚度不变, 桥墩构造采用了两种不同的模式分别进行计算。

模式一:1～8号墩均采用墩梁固结, 墩身截面尺寸均采用1.6m×1.6m, 桥墩控制截面内力情况详见下表。

模式二:释放1号、8号桥墩, 在1号、8号墩顶设置滑板支座, 2～7号桥墩采用墩梁固结。且由于墩高变化较大, 2号、7号墩身截面尺寸采用1.4m×1.4m, 3～6号墩采用1.6m×1.6m。桥墩控制截面内力情况详见下表。

注:N—轴力/kN, Q—剪力/kN, M—弯矩/kN·m。

下表中所列结果均采用中交第二公路勘察设计研究院“钢筋砼及预应力砼桥梁综合设计程序”计算得出。

1.3计算分析对比

(1) 1号桥墩由于距变形零点最大, 且墩柱短, 线刚度大, 如按第一种模式计算, 温度变化及汽车制动力产生内力大, 墩柱设计难以满足受力要求。设计中采用上部构造与帽梁固结后在墩柱顶设置滑板支座, 形成连续梁体系。故对于多跨连续刚构桥梁, 在边墩较矮的情况下, 不宜墩梁固结, 设计中应释放边墩而采用连续梁体系, 以保证边墩受力要求。

(2) 2号桥墩 (7号桥墩与2号桥墩同) 墩柱尺寸由1.6m改为1.4m后, 墩柱内力显著降低。故根据桥梁墩高, 在满足强度要求的条件下, 适当减小矮墩尺寸 (即改变墩柱刚度) , 能使墩柱的内力大幅度降低, 对墩柱受力有利。

(3) 3号桥墩较高 (4号、5号、6号与3号桥墩同) , 在两种计算模式下运营阶段内力均不做桥墩的控制设计。故对于高墩, 由于线刚度较小, 墩柱尺寸的变化对其内力影响不大, 控制高墩设计不是在运营阶段, 而是在施工阶段的稳定性验算。

2 结语

A桥建成通车后, 目前运营状况良好。对于多跨高架桥采用T构桥梁墩连续刚构体系具有以下优点:一是) 由于采用了连续结构, 改善了主梁受力, 跨中正弯矩减小, 主梁钢束用量比简支梁少, 故施工中的主梁上拱度较小 (该桥施工中预制梁上拱度均控制在2cm以内) , 容易控制桥面设计标高。预制T梁采用连续法、标准法施工, 支点负弯矩区设普通钢筋, 施工简便。二是对高墩由于采取了墩梁固结方式, 改善了高墩受力, 使高墩控制设计一般在施工阶段而不是在运营阶段。三是由于采用连续结构, 改善了桥型外观, 减少桥梁伸缩缝, 提高行车的舒适性, 降低了桥梁的养护费用。

摘要：介绍了A桥T构连续刚桥梁墩结构设计设计阶段的一些特点。在全桥一联的连续刚构状态下, 由于边墩线刚度变化较大, 在设计中通过调整墩身刚度, 释放矮边墩, 达到墩身内力合理分布。

关键词：T构连续刚桥梁墩,设计,刚度,影响