第２８卷第１期２００８年２月中外公路１５３文章编号：１６７１－２５７９ （２００８） ０１－０１５３－０３高墩大跨连续刚构桥墩形式研究 欧阳青‘．王艳２．王艳华‘（１．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉４３００５６； ２，长沙理工大学） 摘要：该文以瓦窑堡特大桥为例，将主墩分别设置为双薄壁墩、空心薄壁墩以及双薄壁和空心薄壁的组合式墩３种形式，运用ＭＩＤＡＳ软件及桥梁综合程序，通过对施工、运营阶段结构的力学性能进行比较分析，得出各种桥墩形式的优缺点及适用范围，为以后同类型结构的设计和施工提供参考。关健词：连续刚构桥；组合式桥墩；结构稳定，强度验算，应力分析 部结构由于温度、混凝土收缩徐变等引起的变形。１高墩结构形式设计（２）为抵抗横桥向风荷载，减小车辆偏载引起的 结构侧向变形，墩柱的横桥向刚度应设计得尽量较大。１．１连续刚构桥高墩设计原则（３）无论是在悬臂施工阶段还是成桥运营阶段， 高墩连续刚构桥通常位于山区峡谷， 一般情况下横桥向风荷载均控制设计，所以应尽可能减小墩柱横风荷载控制其设计，高墩的设计不仅要考虑成桥后结向迎风面积、改善气动外形，从而降低风荷载的作用。构的受力，而且要计算结构在最大悬臂施工阶段状态１．２连续刚构桥高墩形式及其比较时，施工荷载、风荷载作用下结构的受力和结构稳定连续刚构桥通常采用的桥墩断面有３种：双薄壁 性，因此高墩的设计应考虑以下因素。墩；单薄壁空心墩；上部为双薄壁、下部为单薄壁空心（１）应具有适当的顺桥向刚度，以适应纵桥向上 墩的组合式桥墩（图１），立面侧面立面侧面 立面侧面（ａ）双薄壁墩（ｂ）空心薄壁墩（ ｃ）组合式桥墩圈１３种桥墩形式１．２．１双薄壁墩及其特点有如下优点。 双薄壁墩由于其顺桥向刚度相对其他两种较小，（１）在纵向抗推刚度相当， 适应体系温度、混凝土可以很好地适应桥梁的纵向变形，一般用于墩高５０ ｍ收缩徐变能力相当的前提下，可提供适当的抗弯刚度，以内的悬臂施工连续刚构桥，相对于其他两种形式具抵抗悬臂施工阶段不平衡荷载的效应。收稿日期：２００７－０８－１６作者简介：欧阳青，男，硕士研究生，助理工程师．Ｅ－ｍａｉｌ： ｏｙｇｉｎｇ＿１９８０）１２６． ｃｏｍ万方数据１５４中外 （２）纵向抗推刚度容易调整，既可以通过调整单肢截面尺寸、系梁间距、系梁截面刚度等手段，也可以通过施工阶段设置临时系梁，调整桥墩的纵向抗推、抗弯刚度，从而使其在施工阶段桥墩具有较大刚度，而成桥阶段刚度较小，更加符合各个阶段桥墩的受力要求。（３）双肢柱对横向的迎风面积较小、风载体形系 数小，对抵抗山区峡谷横向风有利。但对于墩高大于５０ ｍ的高墩，若采用双薄壁墩，则单肢截面尺寸要加大，单肢截面形式则一般采用空心薄壁形式，相当于两个单薄壁空心墩，从而增加了施工的复杂性和难度；对于１００ ｍ以下的高墩增加了造价，显得不经济。１．２．２单薄壁空心墩及其特点对于高墩大跨连续刚构而言，单肢箱形截面具有 强大的抗弯、抗扭刚度，但箱形截面具有较大的纵向抗推刚度，适应结构体系纵向变形的能力较差，为了在悬浇阶段提供足够安全的抵抗纵向不平衡弯矩的作用，需要较大的纵向尺寸，而成桥运营阶段其较大的抗推刚度导致结构在收缩、徐变、温度变化等作用下产生很大的内力，对墩柱、基础均产生不利影响，使得墩柱、基础的截面尺寸和配筋显著增加，导致下构造价增加，从而在经济性方面没有优势。１．２．３组合式桥墩及其特点上部采用双薄壁，下部采用单薄壁空心墩的组合 式桥墩，具有以上两种桥墩形式的优点。设计时通过调整上部双薄壁和下部单薄壁空心墩高度，可以获得较好的纵向刚度和横向刚度，从而满足结构在施工阶段和运营阶段的受力要求。对于５０．１００ ｍ的高墩适用性较好。２瓦窑堡特大桥实例分析 瓦窑堡特大桥位于重庆至长沙公路黔江至彭水段，全长１ ２４５． ３ ｍ，主桥为连续刚构桥，上部构造为７１＋３Ｘ１２５＋７１ ｍ五跨预应力混凝土连续刚构箱梁（图２），箱梁顶宽１２． ２５ ｍ，底宽６． ５ ｍ，根部梁高７．５ｍ，跨中梁高２． ８ ｍ，箱梁高度和底板厚度按二次抛物图２主桥立面图（右线）（单位：ｍ）万方数据公路２８卷线变化。该桥分左右线，左线桥１５＊＇ －－－１８ ＃、右线桥１４＃ －１７＃为主桥桥墩，最低２９ ｍ，最高７９ ｍ，主桥上部结构７１＋３ Ｘ １２５＋７１ ｍ为一联，长５１７ｍ，成桥阶段由温度变化、混凝土收缩、徐变等因素对桥墩产生的内力很大，这就要求下部结构选择抗弯刚度较大、抗推刚度较小的双薄壁墩；另一方面最高桥墩达７９ ｍ，最大悬臂达６２ ｍ，又要求下部结构选择抗弯刚度和抗推刚度较大的空心薄壁墩，以确保施工阶段结构的安全性及稳定性。因此对本桥而言，考虑采用双薄壁和空心薄壁的组合式墩【图１（ｃ）］，并且在上部结构不变的前提下，取右幅主桥作为计算模型，将此组合式桥墩与前述两种桥墩进行组合，分别形成３种桥墩组合（表１），通过对主桥下构的强度验算、结构稳定性两方面对比分析，以得到较优的桥墩方案。衰Ｉ桥墩组合形式 桥墩形式１４＂墩１５＂墩１６＃墩１７＃墩双薄壁双薄壁墩双薄壁墩双薄壁墩（设横系梁）（设横系梁）双薄壁墩空心薄壁 双薄壁墩空心薄壁墩空心薄壁墩空心薄壁墩组合式桥墩双薄壁墩组合式墩组合式墩双薄壁墩２．１强度计算考虑成桥阶段最不利组合承载能力极限状态下桥 墩的受力，计算桥墩的荷载组合弯矩设计值Ｍ．，及截面配筋情况见表２，２．２稳定计算在以往设计、 施工验算校核过程中，往往以强度作为控制指标，并据此进行结构的设计和施工。但随着桥梁跨径和桥墩高度的大幅度提高，将高墩大跨径桥梁施工和运营过程中的稳定性作为验算校核的控制因素，对于这类桥梁的设计和施工组织，有必要进行稳定性验算，以保证结构的安全。本节对上述３种桥墩组合形式，分裸墩、最大悬臂状态、全桥合龙３种工况进行结构稳定分析计算，结果见表３，４，５，由表４可以看出，当采用双薄壁的桥墩形式时， 桥墩的稳定系数偏低，为提高桥墩的稳定系数，在１５＃ ，１６＃桥墩的双肢间各加设两道１． ５ ｍ高的横系梁１－４，其运营阶段正应力计算结果见表６。从结构强度和稳定计算结果， 可以得出如下结论：（１）空心薄壁由于纵向刚度很大，导致其墩顶弯 矩较大，使得配筋增加，经济性降低。而双薄壁墩和组合式桥墩则具有较好的经济性。（２）在整个施工过程中，最大悬臂施工状态为稳 定分析的最不利阶段，双薄壁墩在此阶段的稳定系数１期高墩大跨连续刚构桥墩形式研究表２承载能力极限状态强度计算结果ＭＪ／ｋＮ・ｍ３ ５７５．９１４７ ５２６．５４７ ３９５．９１５５？一『一一一Ｍ，／ｋＮ・ｍ１３ ７５０．８３６ ４３６．７１４ ９５２．９桥墩截面配筋截面配筋Ｍ‘／ｋＮ・ｍ４ ０１５．５１截面配筋Ｍ通／ｋＮ・ｍ１１ ３７１．３截面配筋截面不够双薄壁 空心薄壁受力配筋受力配筋截面不够受力配筋受力配筋截面不够受力配筋受力配筋受力配筋组合式桥墩受力配筋受力配筋９３ ６７０．４７４ ４０３．１３１７ ６０６１２ ２６７．衰３裸墩阶段（针对最高墩）结构稳定分析结果稳定性计算结果桥墩形式双薄壁 空心薄壁 １阶２阶３阶失稳形式顺桥向横桥向顺桥向稳定系数２８．４失稳形式顺桥向顺桥向顺桥向稳定系数失稳形式横桥向横桥向横桥向稳定系数５５．７３１５．２１２２ ５４．１５２２８．６１９２．３２７． １５组合式桥墩衰４最大悬臂阶段（针对最高墩）结构稳定分析结果稳定性计算结果桥墩形式失稳形式１阶２阶３阶稳定系数１１，】二ｄ …稳定系数５．２８失稳形式失稳形式稳定系数１５．３双薄壁 空心薄壁组合式桥墩顺桥向横桥向顺桥向横桥向顺桥向横桥向顺桥向横桥向顺桥向丹ｒ尸ｔ口４口山月口ＯＵ２１６．９２９．４１１．５裹５全桥成桥状态稳定性分析结果稳定性计算结果桥墩形式失稳形式１阶稳定系数１４．６３６．８１３．５２阶失稳形式３阶稳定系数１１失稳形式稳定系数１７．４几ｂ月Ｏ双薄壁 空心薄壁组合式桥墩顺桥向横桥向顺桥向顺桥向横桥向顺桥向横桥向横桥向横桥向 …月ｂ咋‘通｝内０Ｑ甘，‘８５．６３２．８表‘运营阶段横系梁正应力横系梁号上缘下缘ＭＰａ３结语 本文介绍了高墩连续刚构桥墩常用的３种形式：双薄壁墩；单薄壁空心墩；上部采用双薄壁、下部采用单薄壁空心墩的组合式桥墩。总结了３种形式桥墩的优缺点，并以瓦窑堡特大桥为例，对３种桥墩从强度和稳定性方面进行了比较分析，在采用组合式桥墩时，各桥墩在满足强度验算、结构稳定验算的同时充分发挥材料的性能，能获得较大的安全系数。参考文献：［１１ ＪＴＧ Ｄ６２－２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范〔Ｓ］．［２」刘效尧，赵立成，（公路桥涵设计手册）梁桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２０００．［３〕马保林．高墩大跨连续刚构桥〔Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００１．最大值６．３０６７．４８６１３．５２１５．０５６最小值一５．９５７最大值６．３０２ 最小值一６．２２９一７．５１４一８．２７１一１３．１６０一１５．８２８８．２５６ １３．２３８１５．８００一１３．４４３一１５．０８６仅为５． ５，安全系数偏低；若加设横系梁及拉开肢距，虽纵向稳定系数有较大提高，但横系梁的拉应力较桥墩自身的应力大很多，且超出设计允许值。（３）空心薄壁墩的稳定性比组合式墩的稳定性要 好得多，组合式墩的稳定性强于双薄壁的稳定性。（４）设横系梁的双肢墩也是提高墩的稳定性的一 种有效方法，将双肢墩与空心墩相结合而设计成的组合式桥墩，是提高墩稳定性的较好形式。万方数据
