总第２４２期 ２ＯｌＯ年第５期 交 通科技 Ｓｅｒｉａ１ Ｎｏ．２４２ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ８Ｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＮＯ．５（）ｃｔ．２０ｌ０ 高墩大跨连续刚构桥墩顶截面形式研究 杨鸿波 杨光强 （贵州省交通规划勘察设计研究院 贵阳 ５５０００１） 摘要 高墩大跨连续刚构桥墩项的截面形式既有空心截面，也有实心截面。通过对比研究，分 析了某高墩大跨连续刚构桥墩顶分别采用空心、实心截面后墩顶部位的受力特点。结果表明，在 满足设计规范的前题下。选择实心截面有利于满足主梁施工搭设托架。方便施工。 关键词 墩项截面形式 空心截面 实心截面 １工程概况 ３．０ ｍ，２片墩间净距为５．０ ｍ，墩身上端与箱梁０ 号梁段固接，下端与承台固接。主墩墩顶纵向钢 某特大桥位于遵义至赤水公路，为跨越盐津 筋直径为３２ ｍｍ，配筋率为１．４ ；箍筋为闭合 河而设置。桥梁孔跨布置为７６ ＩＴＩ＋１９８ ＩＴＩ＋ｌ１０ 式，直径为ｌ２ ｉＴｌｍ，竖向间距为１０ ｃｍ。 ｍ预应力混凝土连续刚构，全长３９５．４８ ｉｎ。 为了更好地了解墩顶局部的受力特性，特别 大桥１、２号主墩纵向由两片薄壁墩组成，墩 针对桥墩顶部采用空心截面与实心截面进行了详 高分别为３９、５ｌ ｍ。每片薄壁墩采用箱型截面。 细的有限元计算分析对比研究。墩顶构造如图ｌ 墩底设５ ｍ实心段，桥墩横桥向７．５ ｒｎ，顺桥向 所示。 ｛ 立面 侧面 立面 侧面 』ｌ匝桥向 横桥向 顺桥向 横桥向 面：ｊ ｌ ５ ｝３ ？５ ’‘■— ■・４‘・———————■・４＿・——－ ・・——————————— Ｉ－！．．１＿ －一 －； ｌ ｌｌ ａ） 空心截面 ｂ） 实心截面 图ｌ 桥墩顶部构造示意图（单位：ｍ） ２平面杆系有限元受力分析 计算采用平面杆系有限元程序《桥梁博士 顶最大拉应力为４．３ ＭＰａ，位置均为２号墩右肢 Ｖ３．０》，计算荷载主要考虑：结构重力、预应力、温 墩顶。 度效应、收缩徐变效应、汽车活载及其制动力、风 荷载。计算中未考虑地震力的影响。所有荷载 （作用）均按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土 桥涵设计规范》中相应规定选取［１］。对比计算模 图２墩顶空心截面平面有限元计算模型 型分别如图２、图３所示。 通过计算，在使用阶段短期效应组合（恒载＋ 汽车＋收缩徐变＋温降）作用下，采用空心截面的 墩顶最大拉应力为３．８ ＭＰａ，采用实心截面的墩 图３墩顶实心截面平面有限元计算模型 最大裂缝宽度验算表明，采用空心截面的最 收稿日期：２０１０－０６—０６ 杨鸿波 杨光强：高墩大跨连续刚构桥墩顶截面形式研究 ２０１０年第５期 大裂缝宽度为０．１５ ｍｍ，采用实心截面的的最大 裂缝宽度为０．１９ ｍｒＩ１，位置均为２号墩右肢 墩顶。 于桥墩混凝土Ｃ５０的抗拉强度标准值２．６５ ＭＰａ，混凝土开裂，拉应力由钢筋承担，钢筋最大 拉应力有所增大，由约３９ ＭＰａ增大到约ｉ００ ＭＰａ，钢筋应力小于规范限值２８０ ＭＰａ。同时，与 因此，桥墩顶部两种截面的裂缝宽度均满足 规范要求。采用实心截面比采用空心截面的裂缝 墩交接的主（箱）梁底板局部角点拉应力较大，最 宽度略大。 ３空间有限元局部分析 为进一步了解墩顶局部受力特征，对墩顶部 位进行了空间有限元计算分析，计算软件采用大 型通用有限元分析软件Ａｎｓｙｓ９．０。计算中混凝 土采用实体单元ｓｏｌｉｄ４５进行模拟，钢筋采用实体 单元Ｌｉｎｋ８进行模拟。钢筋与混凝土之问的协同 工作采用约束方程实现。 ３．１墩顶采用空心截面 计算中仅建立部分结构，混凝土共６ｌ ３５６个 单元，钢筋共４２ ３０８个单元，两者共１０３ ６６４单 元，计算模型见图４、图５。空间计算模型的荷载 参数取自平面模型计算结果，选择最不利的工况 （恒载＋汽车＋收缩徐变＋温降）进行加载。边界 条件为墩底固结。 图４墩顶采用空心截面空间计算模型 。。 。ｉ 图５墩顶采用空心截面空间计算模型（仅示钢筋） 主要计算结果见图６、图７（仅示部分结果，拉 应力为正）。 计算结果表明：在墩顶与箱梁底板交界附近 区域，墩顶外侧表面的应力较大，个别角点处数值 较大，最大值为１１．２ ＭＰａ。在墩顶与箱梁交界附 近区域，墩顶外侧表面的平均主拉应力约为６．４ ＭＰａ，由墩顶向下２０ ｃｍ处最大主拉应力趋于稳 定，约为１．５ ＭＰａ。可知，在墩顶处结构出现较大 拉应力区域较小，该区段内混凝土的主拉应力大 大值约３．３ ＭＰａ，局部区域拉应力平均值约为 １．５ ＭＰａ。墩顶部位最大主压应力约为１４ ＭＰａ， 小于规范限值１６．２ ＭＰａ。因此，采用空心截面是 合理的，而且各项指标能满足规范要求＿２］。 图６墩顶最大主拉应力 ｜ ｚ ｜ ｒ ： ｜ 蛐 ¨ 图７墩顶主（箱）梁底板正应力 ３．２墩顶采用实心截面 计算中仅建立部分结构，混凝土共６９ ９７２个 单元，钢筋共４５ ５６９个单元，两者共１ｌ５ ５４ｌ单 元，计算模型见图８、图９。空间计算模型的荷载 参数取自平面模型计算结果，选择最不利的工况 （恒载＋汽车＋收缩徐变＋温降）进行加载。边界 条件为墩底固结。 ｉ 图８墩顶采用实心截面空间计算模型 ２０１０年第５期 杨鸿波 杨光强：高墩大跨连续刚构桥墩顶截面形式研究 近区域，墩顶外侧表面的平均主拉应力约为５．５ ＭＰａ，由墩顶向下２０ ｃｍ处最大主拉应力趋于稳 定，约为１．４ ＭＰａ。可知，在墩顶处结构出现较大 拉应力区域较小，该区段内混凝土的主拉应力大 于桥墩混凝土Ｃ５０的抗拉强度标准值２．６５ ＭＰａ，混凝土开裂，拉应力由钢筋承担，钢筋最大 拉应力有所增大，由约３０ ＭＰａ增大到约１１０ ＭＰａ，钢筋应力小于规范限值２８０ ＭＰａ。在与墩 筋） 交接的主（箱）梁底板局部角点拉应力较大，最大 主要计算结果见图ｌＯ、图１ｌ（／２示部分结果， 值约为９．２ ＭＰａ，局部区域拉应力平均值约为２．０ 拉应力为正）。 ＭＰａ，可采用用增设钢筋网片的构造措施解决该 处局部拉应力较大的问题。同时，在桥墩墩顶实 心段底面也出现拉应力，数值约为０．５ ＭＰａ，同样 案 在此处也应增设钢筋网片。墩顶部位最大主压应 力约为１２．２ ＭＰａ，小于规范限值ｌ６．２ ＭＰａ。－因 此，采用实心截面是合理的，而且各项指标能满足 规范要求 Ｊ。 ４ 结论 ｅ ｉ！？ ！ 二 （１）在确保墩顶应力、裂缝宽度均满足规范 墩顶最大主拉应力 要求的前题下，墩顶截面采用两种截面形式均合 理可行。 （２）墩顶采用实心截面，主（箱）梁底板及桥 墩墩顶实心段底面等局部受力略不利，但可采用 有效的钢筋配制措施矛以解决。 （３）墩顶采用实心截面可较好地满足主梁施 工中搭设零号块托架预埋件的需要，确保托架安 全。实心段的设置长度以２～４ ｍ为宜。 参考文献 图１ｉ墩顶主（箱）梁底板正应力 ［１］ＪＴＪＤ６２ ２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 计算结果表明：在墩顶与箱梁底板交界附近 梁设计规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０Ｏ４． 区域，墩顶外侧表面的应力较大，个别角点处数值 Ｅ２］马保林．高墩大跨连续刚构桥［Ｍ］．北京，人民交通 较大，最大值为ｌ１．２ ＭＰａ。在墩顶与箱梁交界附 出版社，２Ｏ（）１． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｉｅｒ＇ｓ Ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｎｇ Ｓｐａｎ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｐｉｅｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｉｇｉｄ Ｆｒａｍｅ Ｂｒｉｄｇｅｓ Ｙａｎｇ Ｈｏｎｇｂｏ，ｇａｎｇ Ｇｕａｎｇｑｉａｎｇ‘ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｕｒｖｅｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００ｌ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｉｅｒ＇ｓ ｔｏｐ ｏｆ ｌｏｎｇ ｓｐａｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｉｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｒｅ ｔｗｏ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ，ｔｈｅ ｏｎｅ ｉｓ ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｓｏｌｉｄ ｓｅｃｔｉｏｎ．Ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔ ｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃｈａｒａｃｌ ｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐｉｅｒ ｓ ｔｏｐ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｌｈｅ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｉｒｄｅｒ ｗｈｅｎ ｉｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｉｅｒ＇ｓ ｔｏｐ；ｈｏｌｌｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｏｌｉｄ ｓｅｃｔｉｏｎ