張保山

摘要 基于有限元軟件Midas Civil建立計算模型，研究了在最高裸墩以及最大懸臂狀態(tài)下系梁位置以及數(shù)量對格構式高橋墩穩(wěn)定性的影響。研究結果表明，橋墩截面形狀以及尺寸不變的情況下，橫系梁可以有效提高橋墩的穩(wěn)定系數(shù)，當設置一組或者兩組橫系梁時，橋墩穩(wěn)定系數(shù)提升效果最為明顯，設置三組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)增加緩慢。因此，格構式橋墩設置一組或者兩組橫系梁均可。

關鍵詞 有限元;格構式橋墩;系梁;穩(wěn)定性

中圖分類號 TU392.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0165-03

0 引言

隨著我國橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，中西部地區(qū)橋梁數(shù)量不斷增多，由于西部地區(qū)地形破碎，溝壑縱橫，橋梁建設時高墩大跨度的連續(xù)剛構橋被廣泛應用。以往高墩大跨度橋梁一般采用雙肢薄壁墩的橋墩形式，但是當橋墩為超高墩時，雙肢薄壁墩不能滿足剛度與抗震要求，可以采用安全性與經(jīng)濟性更為適宜的格構式橋墩[1]。為了滿足整個格構式高墩的抗彎剛度要求，在墩柱之間增加橫向連接系，合理布置橫向連接系的位置以及數(shù)量非常重要[2-10]。該文基于某高墩大跨度連續(xù)剛構橋梁，進行橫系梁對格構式高墩穩(wěn)定性的影響研究。

1 工程背景

橋梁主橋為4×120 m預應力混凝土連續(xù)剛構橋，現(xiàn)澆箱梁采用C55混凝土;橋墩采用新型格構式橋墩，采用C40混凝土，系梁采用C40混凝土;墩臺采用樁基礎，采用C30混凝土。主梁為單箱單室結構，橋面寬12.6 m，橋墩中心線處箱梁高為7.5 m，跨中和端部高為3 m。其橋型布置如圖1所示。

圖1 橋型布置圖（單位：mm）

2 有限元模型

使用有限元軟件Midas Civil進行數(shù)值模擬模型的建立。由于結構自重在線性穩(wěn)定性的研究中占有重要作用，因此該文進行自重作用下的穩(wěn)定特征值分析，改變系梁的數(shù)量以及位置，保證橋墩的穩(wěn)定特征值達到規(guī)范中的要求。最高裸墩與最大懸臂階段的模型如圖2和圖3所示。

圖2 最高裸墩模型圖 圖3 最大懸臂模型圖

3 系梁對橋墩穩(wěn)定性的影響

3.1 最高裸墩狀態(tài)下穩(wěn)定性分析

在最高裸墩狀態(tài)下，分別對格構式高墩無橫系梁、1組橫系梁、2組橫系梁、3組橫系梁1階模態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)進行分析，模態(tài)圖如圖4～7所示。

3.2 最大懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性分析

在最大懸臂狀態(tài)下，分別對格構式高墩無橫系梁、1組橫系梁、2組橫系梁、3組橫系梁1階模態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)進行分析，模態(tài)圖如圖8～11所示。

（1）由圖12及表1可知，在最高裸墩狀態(tài)下，穩(wěn)定性系數(shù)隨著橫系梁數(shù)量的增多不斷增加，不設置橫系梁時橋墩的穩(wěn)定系數(shù)為3.39，小于規(guī)范要求的4，不能滿足橋墩穩(wěn)定性要求;當有一組橫系梁時，橋墩穩(wěn)定系數(shù)就達到了18.10，增加了4.34倍，滿足規(guī)范要求，當有兩組橫系梁時，橋墩穩(wěn)定系數(shù)為30.03，對比可得，設置兩組橫系梁時的穩(wěn)定系數(shù)比設置一組橫系梁時增加了66%;當有三組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)為33.82，相較于兩道橫系梁時增加了12.6%。

（2）在最大懸臂狀態(tài)下，隨著橫系梁數(shù)量的增加，穩(wěn)定性系數(shù)增加速率較為平緩，不設置橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)為2.52，不能滿足規(guī)范要求;設置一組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)為6.85，增加了1.72倍，能夠滿足規(guī)范要求。當設置兩組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)為8.25，相較于設置一組橫系梁時增加了20%;當有三組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)為9.20，相較于兩道橫系梁時增加了11.5%。

由以上分析可知，當橋墩截面形式與尺寸不變的情況下，增加系梁的數(shù)量可以提高橋墩的穩(wěn)定性，設置一組或者兩組橫系梁時橋墩穩(wěn)定系數(shù)增加最為明顯，設置三組橫系梁時橋墩穩(wěn)定系數(shù)增加較慢，對于格構式高墩而言，設置一組或者兩組橫系梁均可。

4 結論

通過有限元軟件進行橫系梁對格構式橋墩穩(wěn)定性影響的分析，得出以下結論：

（1）增加橫系梁，可以提高格構式橋墩在最高裸墩以及最大懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性安全系數(shù)。

（2）最高裸墩與最大懸臂狀態(tài)下，增加一組橫系梁和兩組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)提升效果最為明顯;增加三組橫系梁時，穩(wěn)定系數(shù)提升效果較為緩慢。

（3）對于格構式橋墩，設置一組或者兩組橫系梁均可有效提升橋墩穩(wěn)定系數(shù)。

參考文獻

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