城市高架曲线桥墩受力特性与简化计算分析

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1、s—G⋯一s◎城市高架曲线桥墩受力特性与简化计算分析黄东，韩金豹。，李方元(上海市城市建设设计研究院；同济大学桥梁工程系)摘要：针对目前城市高架桥梁宽度的增加和考虑景观因素而采用的曲线型桥墩结构的受力特点，开展了其相应的受力构件分析，得出相应的受弯梁与受拉杆的受力模式的区别，指导相应的结构设计中对构件截面选取和受力计算的简化，从而保证结构安全、耐久和经济。关键词：高架桥；曲线桥墩；刚性结点；拉杆0引言了更多的结构形式，根据桥面宽，桥墩出现过多种形随着我国城市化建设的加快，城市交通的发展状l】]。图1列出了常见的桥墩形式及其受桥梁宽度也迅猛发展，我国越来越多的大中城市都有

2、了城市影响和对景观要求不断演变的过程。高架线路，并随着交通流量的增加，桥梁宽度不断在所有城市高架桥墩形式中，最终Y型墩因其美增加。另一方面随着作为交通主干道的城市高架，观独胜一筹。它和双立柱Y型桥墩是目前城市高架已成为城市运输的主动脉。错综复杂的高架线路，采用较多的立面形式。Y型桥墩或变形Y型墩(采用曾经是城市繁华的象征，已经与城市景观不相了分叉双立柱形式)这些立柱形式外形美观，同时大大协调_1J。节约了占地面积，在结构选型中具有较为明显的优势。随着上部结构的加宽和变化，下部结构的设计也但Y形桥墩与立柱的上层连杆受力比较复杂，很难明随着发生改变，除一方面是受桥梁宽度的影

3、响外，景观确按照规范中的某种构件来进行设计。上层连杆按照因素是考虑较多的方面。下部桥墩随着上部箱梁形状预应力混凝土构件中的拉索，还是纯拉索设计会有不的改变，出现了多种形式的造型[2]。同的结果，而该连杆又是Y形桥墩中的关键构件，必景观要求关注，在高架桥梁的设计中，桥墩采用须予以足够安全的设计。(a】图1不同形式的桥墩的演变l各类桥墩的受力特点行如下图(a)～(d)四种分类。通过受力分析，其在从上述桥墩的立面形式，包括在窄梁桥和宽箱上部荷载作用下的弯矩图式也标示于图中。受大梁中可能采用的结构形式，可以根据受力的区别进截面盖梁形式的影响，图采用常规的H型(a)或带悬臂盖梁的

4、(b)中墩柱所受的弯矩将会较小，即上收稿日期：2010-07—14N。．32010土冯么姥35◎s一⋯一部横梁因其刚度较大而平衡较多，因悬挑荷载产生交叉点上部，受荷载相对于下部直线墩柱的偏心的弯矩；而从图(c)和(d)两类构件来说，因上部荷矩，相应的弯矩是不可避免的，可采用大截面高度载作用力直接作用于柱的顶部中心，其传递力的方的墩柱，但也无法避免其是小偏心构件。不论是否式必然要给上部横梁带来一定的拉力；这一拉力大存在上横梁构件，曲线墩柱在设计过程中应考虑其小受其截面刚度的影响不明显。上部横梁与墩柱弯矩存在的影响。P㈦图2不同类形墩柱受力图示对于与墩柱相连的上横梁，其受力

5、可从两个方面考相对于截面积为A的上横梁，在轴力作用下所产虑：一是考虑其截面刚度对墩柱弯矩的分担，即按刚度生的拉应力应范围：分配原则分担一定的弯矩。然而，受外载的力臂的影P(1一COS0t)r]，一一—L。响，上横梁对弯矩分担的作用十分不明显；二是考虑到由此可知，当上横梁采用钢筋混凝土构件时，要避上部横梁会因外载产生的弯矩的影响，导致上横梁必然免其出现过大拉应力，只需要控制墩柱在外载下的作存在一定的拉力，在不考虑其抗弯能力的情况下，弧形用力及上部曲线段的弯曲半径。采用钢筋混凝土构件墩柱的弯矩图便会在最大值处发生连续性减少。作为上部构件，由于其自身刚度肯定会分配一定弯矩从所

6、有的受力模型可以看出，下部横梁以下，墩柱作用，该弯矩的作用和拉力作用将共同决定其截面应所受的弯矩基本可以忽略不计。为此，在实际受力分力状态。因而，其应力状态与力P所处的位置(即产生析中，可将模型进一步简化成图3(a)所示的受力图的弯矩)、上横梁所处位置(离下部固定点高度和离荷示。考虑到上横梁的所受轴向拉力的大小，在忽略其载的水平距离)，以上两点均受到墩柱曲率半径影响，抗弯能力时，则可看作只受拉杆。针对上述分析和提而其所随的刚度则与其截面尺寸有关。出的简化模型，可以得出图3(b)所示的平衡受力图。对O点弯矩平衡可知：2构件受力分析推理2．1力法分析应用力法，取合适的基本结

7、构，利用图4所示图示和参数建立力法基本方程，可解得：：，一／／／／／图3简化受力模型与力平衡图示，PR(1一COS)一豫sin0(1)惫⋯⋯一T一(2)图4桥墩上部的力法计算图示36上冯么咯No．32010s一⋯G一◎拉杆张力：受力性能分析，验证上述假设及简化分析可行性。整T—f(41，42，R，F)(4)个桥墩采用C4O混凝土，其各项指标如下：fa一拉杆杆端弯矩：18．4MPa，_厂1d一1．65MPa，fk一26．8MPa，fkF'f1(41'42)(5)一2．4MPa。。D一——————__—一(5)素‘(at)+’击。(a∞120