分幅高墩连续刚构主墩结构行为研究.pdf
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1、June2023年6 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.3第3 期(总第2 8 2 期)山西交通科技分幅高墩连续刚构主墩结构行为研究韩锋,杨华2(1.山西交科公路勘察设计院有限公司,山西太原030032;2.山西工商学院,山西太原030006)摘要:以一座主跨150 m分幅连续刚构为例,为抵抗高墩、大跨连续刚构桥突出的横桥向风荷载,在墩顶横桥向设置抗风横梁,将分幅刚构迎风面与背风面桥墩连接起来共同受力,改变了传统的仅由迎风面桥墩单独抵抗横向风的状态,结果表明墩底内力大大减小,同时墩身稳定性也得到一定提高。对于既定上部结构,通过改变墩身
2、形式,探讨了其对上下部结构、施工工序、工程造价等影响,在单、双肢墩都适应的前提下,应结合受力、稳定、施工等因素综合考虑采用双肢薄壁墩或单肢薄壁墩。关键词:分幅连续刚构桥;抗风横梁;稳定分析;双肢墩;单肢墩中图分类号:U448.23文献标识码:A文章编号:10 0 6-3 52 8(2 0 2 3)0 3-0 0 6 9-0 4Study on Structural Behavior of Multi-girder High-pier ContinuousRigid Frame Main PierHAN Feng,YANG Hua?(1.Shanxi Jiaoke Highway Survey&
3、Design Institute Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030032,China;2.Shanxi Technology And Business College,Taiyuan,Shanxi 030006,China)Abstract:Taking a multi-girder continuous rigid frame with a 150-meter main span as the example,toresist the transverse wind load of the high-pier large-span continuous rigid fr
4、ame bridge,this paper set awind-resisting beam across the bridge at the pier top to connect the windward and leeward of the bridge piertogether,which changed the traditional state that only the windward pier resisting the transverse wind.Theresults showed that the internal force at the pier bottom w
5、as greatly reduced,and the stability of the pierbody was improved to a certain extent.For the fixed superstructure,the influences on the superstructure,substructure,construction process,and project cost were discussed by changing the pier form.On thepremise that both the single-and double-limb piers
6、 are suitable,the double-limb thin-wall pier orsingle-limb thin-wall pier should be adopted considering the factors such as stress,stability,and construction.Key words:multi-girder continuous rigid frame bridge;wind-resisting beam;stability analysis;double-limb pier;single-limb pier0引言连续刚构桥梁利用桥墩的柔性适
7、应梁体纵向变形,在高墩、大跨桥型中应用较广,是理想的桥型之二。随着墩高及跨径的不断增大,其抗风稳定问题越显突出。尤其在最大悬臂状态下,墩身不仅承受其自身风压,上部主梁巨大的迎风面内风荷载也以均布力形式施加于墩顶,墩身以悬臂梁形式受力,墩底弯矩较大。为了抵抗风荷载,常规做法是将加大墩身横向尺寸或者采用顶底放坡的变截面桥墩形式,无形中造成浪费或加大施工难度。本文以一座3 150 m预应力混凝土分幅连续刚构桥为工程依托,对比分析了墩顶抗风横梁设置前后结构的抗风性能及采用单、双肢薄壁收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 4;修回日期:2 0 2 3-0 1-0 8作者简介:韩锋(19 8 4 一),男
8、,山东济宁人,高级工程师,工学硕士,2 0 11年毕业于重庆交通大学桥梁工程专业;杨华(19 8 5一),女,山东枣庄人,讲师,艺术学硕士,2 0 13 年毕业于长春工业大学设计艺术学专业。702023年第3 期山西交通科技桥墩对桥梁整体结构的影响1工程概况选定工程为一座预应力混凝土连续刚构桥,主桥桥跨布置为(8 0+3 150+8 0)m。上部主梁采用变高度单箱单室箱形截面,顶部宽12 0 0 cm,底部宽6 50 cm,根部梁高9 3 0 cm,跨中梁高3 3 0 cm,梁高按1.7 次抛物线渐变;采用移动挂篮悬浇法施工,主梁0 号块长1400cm,每个现浇T构纵向对称划分为19 个梁段-
9、2,其总体布置见图1所示。610008000+315000+8000=61000预应力混凝王刚构8000150001500015000800000900L80t80001008100t子00t图1刚构桥总体布置(单位:cm)大桥采用上部结构分幅并建,下部结构为整体式承台;主墩采用等截面双薄壁空心墩,墩身横桥向宽850cm,顺桥向宽3 50 cm,横向壁厚8 0 cm,纵向壁厚60cm,双肢纵桥向净距50 0 cm,最高墩达118 m,左右幅桥通过墩顶抗风横梁连接,见图2 所示。1270320抗风横梁400图2抗风横梁构造(单位:cm)2抗风横梁对结构抗风性能影响为对比抗风横梁设置前后桥墩受力状
10、况,选取最高主墩2 2 号桥墩(如图1所示),建立最大悬臂状态有限元模型(如图3 所示),其中主墩和主梁均采用梁单元模拟,墩梁固结段设置刚性连接,墩底采用固结。在计算动力风荷载作用下桥墩考虑了P-效应影响 3-4 。图3有限元模型2.1荷载施加最大悬臂状态下考虑的荷载主要有恒载、挂篮及横向风荷载。恒载按照单元材料容重施加,0 号块横隔板和齿板重量以节点荷载形式施加;挂篮荷载按照每套10 0 0 kN计。作用在桥梁上的风荷载在时间和空间上是不断变化的复杂动荷载。在满足工程精度要求下,对风荷载做适当简化,抽象出其作用模型是允许和必要的。因此,为了考虑风的动力效应,在建立大桥有限元模型的基础上,将风
11、荷载简化为较为相近的动力冲击荷载,分析其抗风性能。选择图4 所示的荷载模型作为桥梁动风载模型,并将其反复作用于桥梁结构上。FFM0TT2T时间/s图4动力风载时程图其中,FM=2F为动力风载最大值;Fa为按照抗风设计规范计算的静阵风值,施工阶段风载重现期系数取0.8 4;T,为动力风载达到最大值FM的时间,取10 s;T,为动力风载达到最小值的时间,取2 0 s;T,为动力风荷载作用一个周期的时间,取2 5s。2.2抗风性能计算结果最大悬臂状态在恒载及动力风载作用下,桥墩内力计算结果见表1所示表1迎风面桥墩内力计算对比墩顶轴力/墩底轴力/墩顶横向墩底横向结构内力kNkN弯矩/kNm弯矩/kNm
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