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排架式桥墩墩梁固结合理墩高的研究 1 前言 排架式（即桩柱式）桥墩具有适应性强、施工简便、受力明确、节省造价等优点，因而在当前的公路桥梁中得到普遍应用。排架式桥墩属于柔性墩，在桥墩不高时采用盖梁顶设置支座的连续梁结构。但当桥墩较高时，如果仍然采用带支座的连续梁结构，桥墩的自由长度就很大，不仅严重降低了桥墩的承载能力，墩顶的位移也不易控制，必须要通过加大桩柱径及配筋才能满足受力要求。因此通常采用墩梁固结的刚构形式，减小桥墩的自由长度，提高桥墩的刚度和承载力。与连续结构相比，墩高较高时，墩梁固结的刚构形式能明显节约下部桩柱的尺寸，从而节约工程造价。 众所周知，柔性桥墩的内力是按刚度分配的。若桥墩较矮时也采用墩梁固结，桥墩的抗推刚度将非常大，从而承受的内力也非常大，桥墩同样也难以满足受力要求。目前对适合采用墩梁固结的桥梁高度尚无统一标准。因此本文根据实际工程，建立一个一联5孔30m的T梁模型，通过不同墩高和不同的墩梁连接形式来分析桥墩的受力，从而找出墩梁固结的合理墩高，为工程设计提供参考。 2受力模型及计算公式 假想桥墩固结于最大冲刷线以下某处，设墩高Ｌ，抗弯刚度为ＥＩ，墩顶轴力Ｎ，水平力Ｔ，弯矩Ｍ；支座抗推刚度为Ｋa，桥墩抗推刚度为Ｋb； 对墩顶连续的情况： 桥墩合成抗推刚度Ｋ＝（Ｋa×Ｋb）/（Ｋa+Ｋb）， 墩顶制动力按各墩的抗推刚度比例分配： Ti=T×Ki /∑Ki 墩顶温度力为：Ti=△i×Ki 对固结墩的情况： 墩顶单位转角产生的墩顶弯矩为2ＥＩ/Ｌ； 墩顶单位线位移产生的墩顶弯矩为-6ＥＩ/Ｌ。 以5跨连续梁（连续刚构）为例，以4个墩顶独立转角位移采用位移法建立位移法方程得： K11△1+ K12△2+ K13△3+ K14△4+Ｒ1p=0 K21△1+ K22△2+ K23△3+ K24△4+Ｒ２p=0 K31△1+ K32△2+ K33△3+ K34△4+Ｒ3p=0 K41△1+ K42△2+ K43△3+ K44△4+Ｒ4p=0[1] 式中，△I——墩顶线位移； Ki——各墩的抗推刚度； Kij——刚度系数。 利用结构力学提供的载常数表及形常数表求解以上方程，可求出刚度系数Kij，进而求出△1～△4，最后可求出墩顶内力。因以上为高次超静定结构，荷载包括恒载、汽车荷载、汽车制动力、温度力等，求解十分繁琐，所以以下采用桥梁博士软件建模分析。 3受力分析 采用桥梁博士建立5-30m的Ｔ梁刚构模型，如图1所示。 全桥共设186个单元，202个节点，分别建立墩梁固结及连续模型。假想墩高为17m、21m、25m、29m，墩嵌固于最大冲刷线以下5米处，模型采用全断面模拟，横向双柱的刚度等代到一个单柱断面上。主要分析桥墩在恒载、汽车荷载、温度力及制动力作用下的墩顶截面的内力，近而计算出墩顶、墩底（最大冲刷线处）截面的内力，同时将得出的内力进行抗力分析。设刚构墩的计算系数为0.75，连续墩为1.5（关于桥墩计算系数不少文献已有过相关的论述，本文仅引用结论，不做分析），分以下几种情况进行分析： （1）墩高为17m，桥墩采用双柱式墩，基础为桩基础，桥墩直径为150cm，桩基直径为160cm。这时桥墩线刚度较大，刚构墩墩顶内力较大。取刚构墩最不利位置（墩顶断面）和连续墩最不利位置（墩底断面），内力及抗力进行比较如表1所示。 表1 墩高17m连续、刚构墩内力验算 桥墩类型 连续墩 刚构墩 轴压构件承载能力验算 ?内力（kN） 7353.5 6187 抗力（kN） 16500 21560 裂缝验算 裂缝（mm） 0.1 0.17 偏心受压构件的轴力验算 内力（kN） 6633 5500 抗力（kN） 9754 4046 偏心受压构件的弯矩验算 内力（kN·m） 3247 5437 抗力（kN·m） 4858 4064 从表1可以看出，桥墩高度在17m时，在相同桩柱径、相同配筋的情况下，刚构墩偏心受压构件验算已无法通过，而连续墩则还有一定的富余，因此设置刚构墩比设置连续墩不利， （2）墩高为21m，桥墩采用双柱式墩，基础为桩基础，桥墩直径D=160cm，桩基直径为180cm。墩底内力见表2。 从表2不难看出，墩高在21m时，同样墩柱径，同样配筋的连续墩和刚构墩相比，前者内力的安全储备稍大，裂缝也比后者小，而且后者在偏心受压验算时已无法通过，这时设置连续墩比设置刚构墩合理。 表2 墩高21m连续、刚构墩内力验算 桥墩类型 连续墩 刚构墩 轴压构件承载能力验算 内力（kN） 7606 6776 抗力（kN） 16743 23536 裂缝验算 裂缝（mm） 0.13 0.17 偏心受压构件的轴力验算 内力（kN） 6864 6009 抗力（kN） 8230 5389 偏心受压构件的弯矩验算 内力（