连续刚构是将T形刚构与连续梁两者特点结合在一起的一种新型结构体系,其常用跨径在100~300m之间,当拟建桥梁桥跨超过100m时,连续刚构可以作为连续梁桥的比选方案。连续刚构体系上部结构受力特点同连续梁基本无异,区别在于主墩与主梁固结从而共同承受上部荷载产生的内力。连续刚构体系主墩底部所承受的弯矩、主梁梁体内的轴力随着墩高的增加而减小,亦即,连续刚构体系的受力特性与主墩的抗推刚度密切相关。
⑴ 为了改善矮墩的不利状况,在施工条件允许的情况下,适当降低桩顶标高,以有效减小墩柱刚度。
⑵ 4跨一联连续刚构,尽量增大边跨的柔度,释放混凝土徐变、温度力、预应力次内力对桥墩产生的作用。
⑶ 混凝土的收缩、徐变对结构受力影响较大,应在设计、施工阶段选择适宜的混凝土材料。
⑴ 对于矮墩预应力连续刚构桥,下部结构桥墩受力极为不利。在考虑施工条件下,合理增大桥墩受力不利处的配筋率,或对桥墩施加竖向预应力,能够有效地保证桥墩不开裂,提高结构耐久性。
⑵ 为了使矮墩连续刚构桥设计更加合理、经济,通过对比分析,结果证明建立包含桩-土效应在内的整体计算模型,合理考虑桩基柔度的有利作用很有必要。
⑶ 不同的地质情况对矮墩刚构内力影响较大,随着淤泥层的加厚,对结构是有利的,但达到5倍桩径淤泥层后,对墩柱内力计算结果无影响。
总之,相对高墩连续刚构,矮墩体系主墩受力较为不利,方案设计阶段应尽可能增大边中跨比,设计时应在施工条件许可的前提下尽可能增大墩身配筋率,同时,应合理计算中跨合龙时的顶推力,从而增加边跨侧肢墩的压应力储备保证其在各受力阶段均不出现拉应力,必要时甚至可以通过边跨侧肢墩配竖向预应力、边跨悬臂端永久配重偏压、墩身设竖缝形成多片墩及分割承台等措施改善主墩受力情况。
根据行业经验,主墩高度与连续刚构造桥的主跨跨径之比小于1/10时,主墩设计逐渐成为左右连续刚构方案是否成立的关键因素,当墩高跨径比小于1/10即认为是矮墩连续刚构,设计时需要采取各种措施改善结构的受力情况。
某海湾风景旅游区大桥考虑周围地块景观等需求,桥面标高定为5.5 m,平均墩高约为5.0 m。采用低桥位设计方案。鉴于桥梁结构耐久性,波浪力影响,采用矮墩连续刚构方案,其桥型布置如图1所示。
单幅桥宽23.75 m 。上下部结构采用固结体系,上部结构采用锅底型箱型断面,下部采用桩接柱,桥墩边墩采用φ90,中墩采用φ120,桩基采用钻孔灌注桩,其桥梁横断面如图2所示。
矮墩预应力连续刚构桥采用Midas Civ?il 2019软件分析,采用梁单元对主梁、桥墩、桩基进行模拟,建立空间模型进行分析。具体对以下情况进行分析:
⑵ 分析桩基淤泥层厚度对矮墩连续刚构桥桥墩内力计算结果的影响;
⑶ 分析混凝土收缩、徐变、温度力,预应力次内力、不均匀沉降等作用对桥墩内力的影响。其有限元模型如图3所示。
因矮墩预应力连续刚构桥墩较矮,温度效应、预应力次内力影响较大,有限元模拟时不能简单地将桥墩与基础固结,对于矮墩计算需要考虑桩土共同作用,将桩周土的作用看成线弹性土弹簧,采用规范中的“m法”解决桩基的模拟。分析桥墩与基础固结、考虑桩土效应2种工况下、频遇组合作用下墩顶弯矩、墩顶位移和裂缝情况,其结果如表1所示。从表1可看出,墩底固结与考虑桩土效应情况下墩顶内力、水平位移、裂缝相差较大。因此矮墩建模时应考虑桩土效应,精确计算才能设计出合理的方案,避免造成浪费。
外海峡湾内施工场地均为海滩地貌,淤泥层较厚,且海上段桥梁全长为2.2 km矮墩预应力连续刚构。因地质变化引起的约束条件的改变对桥墩内力影响极为敏感,分析不同厚度淤泥层对矮墩刚构内力的影响很有必要。
从表2中数据分析可知,在桩顶标高-1.0 m处,随着淤泥层厚度增大,对桥墩内力和墩顶裂缝呈现减小的趋势,当增大到5倍桩基直径厚度淤泥层时,其内力和裂缝保持不变。因此设计中只需计算桥位沿线地勘钻孔淤泥最浅处桥梁结构内力情况即可。
考虑桩土效应,分析混凝土收缩、徐变、温度力、预应力次内力、不均匀沉降等作用对桥墩内力的影响,其各项所占比例如表3所示。
①对于4×20 m连续矮墩刚构桥,对边墩和次边墩,混凝土徐变、预应力次内力、温度效应、混凝土收缩、不均匀沉降影响是基本一致的,且按照罗列顺序从大到小排列;
②按照影响因素所占比分析,混凝土徐变对桥墩墩顶内力影响最大,上部结构预应力产生次内力次之。因此对于矮墩连续刚构桥设计,首先,上部结构的预应力设计应兼顾下部结构受力情况;其次,混凝土选择上需要综合考虑水泥品种、细度、水灰比、骨料和外加剂等因素。
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知识点:矮墩连续刚构桥设计
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