曲率半径变化对高墩大跨连续钢构桥静力性能影响探究

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1、曲率半径变化对高墩大跨连续钢构桥静力性能影响探究　　摘要：随着我国高速公路的大规模建设，在中西部山区建造了多座高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥。受桥址处的地形、地貌的影响，或道路线形走向的限制，很多高墩大跨径连续刚构桥设置在曲线上。预应力混凝土连续刚构桥目前主要采用悬臂浇筑法施工，连续刚构桥施工时，桥梁不仅要经历T型刚构阶段形成主梁的过程，还要经历体系转换的过程，桥梁经历了复杂的受力过程。本文主要对曲率半径变化对高墩大跨连续钢构桥静力性能的影响进行了分析研究。关键词：曲线连续刚构桥;静力力学性能;曲率半径中图分类号：U445文献标识码：A引言近年来随着我国高速公路的发展，尤其

2、是山区高速公路的大规模建设开发，曲线桥由于其能够很好的克服地形、地貌的影响，或受道路线形走向限制，并能体现出建设投资经济、力学上、美学上的完美结合而得到广泛应用。这些曲线桥梁跨度大，有时要跨越深谷，客观上需要采用高墩、变高度箱梁等结构形式，并且桥宽也比一般的匝道桥宽，受空间地理条件的影响，也必须采用悬臂浇筑或拼装等施工方式。7一、工程概况本文以某高速公路在建的一座大跨径曲线双薄壁高墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象。该桥主跨170m，跨径组成(95+170+95)m。全桥上下行分离，采用两幅桥梁，每幅主梁采用单箱单室变高度预应力混凝土箱梁，箱梁顶宽12.2m，底宽6.5m;箱

3、梁根部梁高10.5m，跨中梁高3.6m，箱梁高度按1.8次抛物线变化;上部结构按全预应力混凝土结构设计，采用纵、横、竖三向预应力体系。主墩为矩形截面空心薄壁墩，墩高分别为62m和68m。该桥采用悬臂浇筑法施工，先进行下部结构施工，施工完成0号块节段后再对称向两侧悬臂施工，形成单“T”型刚构，先合拢边跨，再合拢中跨，完成桥梁上部结构施工。主梁施工时最大悬臂长度84m，其中0号块节段长16m，每个悬浇“T”型刚构纵向对称划分为21个节段，节段悬浇总长76m，边、中跨合拢段长均为2m，边跨现浇段长8.94m，在桥台旁搭设支架现浇施工。二、有限元建模7采用MIDAS/Civil有限元

4、软件进行计算，主梁采用变截面空间梁单元模拟，主墩采用一般空间梁单元模拟，预应力束采用施加预应力荷载模拟;施工过程中节段湿重、挂篮重量采用节点力和节点弯矩模拟;计算模型中按照规范规定考虑混凝土收缩、徐变效应和混凝土强度随时间增长效应。计算模型的边界条件为连续刚构桥的墩底采用固结模拟，墩梁采用弹性连接中的刚性连接实现;对于曲线刚构桥模型，分别定义桥台处支座节点的局部坐标轴，从而约束该节点的顺桥向位移和横桥向位移。采用满堂支架施工边跨现浇段时，根据连续梁的约束形式对现浇段进行约束，即约束1个节点的竖向和纵向位移，其余节点仅约束竖向位移。体系转换后，边跨现浇段支座处按照设计图纸支座情

5、况模拟双支座，分别约束支座处节点的竖向位移和横向位移，其它节点约束释放;其中支座处节点和主梁节点采用主从节点连接，主梁节点为主节点。三、曲率半径对桥梁静力力学性能的影响分别建立该桥梁的直线刚构桥计算模型和圆曲线半径分别为1.5km，2km和2.5km的曲线刚构桥计算模型，对比分析直线刚构桥和曲线刚构桥在最大悬臂阶段和成桥状态下的静力力学性能。1、横向弯矩、扭矩以圆曲线半径为2km的曲线刚构桥为例，通过计算可以得出，主梁横向弯矩、扭矩主要由恒荷载(包括结构自重与施工阶段的临时施工荷载)与预应力钢束共同作用产生，其中，恒荷载作用最大，主梁横向弯矩和扭矩的最大值出现在墩顶两侧。直线

6、刚构桥和不同曲率半径的曲线刚构桥主梁根部横向弯矩及弯矩计算结果见表1。曲率半径/m2号墩顶3号墩顶7左侧薄壁墩增大率/%右侧薄壁墩增大率/%左侧薄壁墩增大率/%右侧薄壁墩增大率/%直桥00002500－784．1－800．1－804．65－785．322000－984．420．347－1007．0725．868－1007．0725．156－983．9325．2901500－1312．4624．996－1342．6833．325－1342．6833．325－1311．8333．326表1最大悬臂状态时不同曲率半径桥梁主梁根部横向弯矩对比7由表1可以看出:直线刚构桥的主梁无横向弯

7、矩，但曲线刚构桥随着曲率半径的减小主梁根部最大横向弯矩逐渐呈增大趋势，且增加幅度显著，最大增幅量为33.326%。这是由于曲线刚构桥是空间变化的结构，故曲率半径越小桥梁，其空间效应越明显，导致其主梁的横向弯矩越大。对于桥墩，因直线刚构桥在施工过程中桥墩没有横桥向偏位，故没有横向弯矩，而曲线刚构桥随着曲率半径的减小，主梁重心偏离桥墩中心距离越来越大，导致主梁和桥墩发生径向弯曲变形越来越严重，故桥墩横向弯矩逐渐增大。对比分析以上4种曲率半径的曲线刚构桥计算结果可以看出，桥墩的横向弯矩增长率较大，最大值达33