不同墩高下采用墩梁固结的合理性研究论文_张羽

摘要：目前山区高速公路上的普通桥梁，为了满足高墩的抗推需要、适应较大纵坡下梁体纵向滑移问题，常常采用将高墩与梁体固结的方法。但是各设计院对于什么墩高情况下采用墩梁固结一直没有一个统一的说法，本文通过对不同墩高下分别针对连续墩、固结墩的内力、裂缝等方面进行合理性研究。

关键词：墩梁固结；柔性墩；不同墩高

1、墩梁固结的结构特性

墩梁固结，是指把一个或几个桥墩与主梁固结起来，形成刚构体系，利用桥墩的柔度来适应结构荷载引起的内力和位移。墩梁固结可以把桥墩由一端固结，一端铰接的构件转化为一端固结，一端弹性固结的构件，降低桥墩自由度，从而有效的减小桥墩自由长度，减少下部尺寸和配筋，提高墩身稳定性，有良好的技术经济效应。

桥墩的内力是按整体一联整体刚度分配的。墩高较矮的情况下，采用墩梁固结，桥墩抗推刚度很大，从而导致桥墩的截面尺寸和配筋率都需要相应增加，所以墩梁固结一般在高墩中采用。针对目前全国对采用墩梁固结的合理墩高并无一个统一标准，本文利用有限元软件通过对不同墩高下的支座墩、固结墩进行分析，找出一个合理墩高范围，为工程实际提供参考。

2、计算模型

本文利用midas civil2010有限元软件，建立一个4×30mT梁桥模型，桥宽10m，按双向两车道，两侧各1m人行道布置。采用梁格法建立上部结构，支座采用弹性连接并模拟支座刚度，下部采用双圆柱墩接盖梁、桩基础，基础采用弹性节点支撑模拟土弹簧。考虑桥墩墩柱承受的荷载包括自重、二期恒载、整体升降温、桥面升降温、汽车荷载、人群荷载和制动力等。

全桥按墩高10m、15m、20m、30m分别建模，分别对支座墩和固结墩在各种荷载工况下的受力状态进行分析，计算桥墩最不利截面处的内力、抗力和裂缝宽度。整体模型如图1：

图1.全桥整体模型

3、内力分析

根据相关规范和论文文献，支座墩桥墩构长度系数取值1.5，固结墩桥墩长度系数取值为0.75，对桥墩最不利截面（支座墩为墩底截面，固结墩为墩顶截面）进行分析：

（1）墩高10m，桥墩直径0.9m，桩基1.1m。此时墩高较矮，桥墩线刚度较大，受力比较表如下：

表1.墩高10m支座墩、固结墩受力比较表

从表1可以看出，在相同墩柱尺寸和配筋情况下，固结墩的各项内力均有所下降，但其偏心受压承载力已经无法满足要求，裂缝宽度相比支座墩也较大，而支座墩尚且有较大富余，因此墩高10m以下墩梁固结比设置支座更加不利。

（2）墩高15m，桥墩直径1.1m，桩径1.3m。支座墩和刚构墩受力比较表如下：

表2.墩高15m支座墩、固结墩受力比较表

从表2可以看出，墩高15m时支座墩的抗弯承载力已经无法通过验算。固结墩的内力相比支座墩有明显降低，墩高15m时，桥墩同等尺寸和配筋情况下，设置墩梁固结较为有利。

（3）墩高20m，桥墩直径1.2m，桩径1.4m。支座墩和刚构墩受力比较表如下：

表3.墩高20m支座墩、固结墩受力比较表

从表3可以看出，墩高20m时支座墩的强度已经无法通过验算，裂缝相比固结墩也更宽，储备不足。固结墩的内力相比支座墩有显著降低，可见墩高20m时，桥墩同等尺寸和配筋情况下，设置墩梁固结较为有利。

（4）墩高30m，桥墩直接1.4m，桩径1.6m。支座墩和刚构墩受力比较表如下：

表4.墩高30m支座墩、固结墩受力比较表

从表4可以看出，墩高30m时同等尺寸和配筋情况下，支座墩的强度不足，裂缝宽度过大。相比固结墩内力有明显降低，承载能力有较大富余，可见设置墩梁固结更为合理。

4、计算结论

从各个墩高的内力分析比较表来看，墩高超过15m后即可采用墩梁固结形式，墩高超过20m后固结墩远比支座墩合理。因此设置墩梁固结的合理墩高应为15m~20m，可以节省大量下部工程量，有良好的经济技术效应。

5、结语

通过对不同墩高固结墩和支座墩的受力分析，得到设置墩梁固结的合理墩高数据，有利于优化桥梁设计，节省工程造价，减少桥梁病害，降低养护费用和难度。下一步可建模分析研究一联桥墩中设置墩梁固结的个数对整体桥墩受力的影响，以进一步优化下部构造。

参考文献：

[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].北京：中交公路规划设计院，2004.

[3]JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：中交公路规划设计院，2004.

作者简介：

张羽，身份证号码：36242519870113XXXX。

论文作者:张羽

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/29

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