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装配式预制小箱梁下部结构墩柱计算

2021-03-01

山东交通科技 2021年6期
关键词:筋率墩顶墩柱

朱 莉

(江苏省南京工程高等职业学校,江苏 南京 211135)

引言

预制装配式桥梁相比传统桥梁具有施工周期短、建造速度快、上下部结构可同步施工、质量可靠、造价低等特点,因而被广泛应用于高速公路项目建设中。装配式连续小箱梁跨径一般在25~40 m,因其整体性好,外形美观,横向变宽调节范围大,在江苏省高速公路桥梁中占有很大比例,故研究装配预制小箱梁结构下部结构的计算方法显得尤为必要。当不计入水平地震力作用的影响时,桥墩墩顶水平力一般包括行车制动力、温度力及收缩作用力,由于收缩引起的水平力较小,且难以量化,故在本次计算分析中,忽略其作用效应[1-2]。

1 研究内容

主要研究江苏省路基宽度为34.5 m的高速公路桥梁。考虑到省内预制结构桥梁伸缩缝以D160型伸缩缝为主,故在本次验算的样本中,联长不超过 150 m。以中设设计集团股份有限公司2015版组合箱梁通用图为基础,上部结构横断面布置见图1。

图1 34.5 m路基宽预制小箱梁标准横断面布置/mm

以2015版预制小箱梁通用图的上部结构支反力为计算依据,分别对25 m、30 m、35 m和40 m各特征跨径下的下部结构墩柱进行计算,计算内容见表1。

表1 联跨布置汇总

2 墩顶水平力的分布规律

2.1 单孔跨径与墩顶水平力之间的变化关系

假设桥墩均按等高度布置,为了探索不同单孔跨径与墩顶水平力之间的变化关系,以墩柱高度为横轴,墩顶水平力为竖轴,绘制了不同单联跨径数时墩顶水平力的分布情况,见图2。

图2 不同单孔跨径墩顶水平力与墩柱高度关系

由图2可以看出,随着墩高增加,墩顶水平力逐渐降低,且降低的速度逐渐变慢,最终趋于稳定。当墩高相同时,单联跨径数增加,墩顶水平力减少,当单联跨径数达到一定数值,墩顶水平力趋于稳定。

2.2 单联跨径数与墩顶水平力之间的变化关系

为了探索不同单联跨径数与墩顶水平力间的变化关系,以墩柱高度为横轴,墩顶水平力为竖轴,绘制了不同单孔跨径时墩顶水平力的分布情况,见图3。

图3 不同单联跨径数下连续梁墩顶水平力与墩柱高度关系

由图3可以看出,当墩高较矮时,边墩上的支座会滑动,墩顶水平力为支座摩擦系数与上部结构支反力的乘积。当墩高超过10 m时,桥墩刚度变柔,由于温度变化引起的墩顶水平力分量减少,墩顶总水平力也减少,此时支座不滑动,墩顶水平力按实际量值取用。当单联跨径数相同时,不论单孔跨径为多大,随着墩高不断增加,墩顶水平力会逐渐趋于一个稳定值。产生这种结果是由于墩高过大,桥墩刚度变柔,因温度变化引起的墩顶水平力分量占主导,且此墩顶水平力分量只与桥墩刚度相关。

3 墩柱配筋率计算规律

研究墩柱配筋率与墩柱高度之间的变化规律,并根据其规律性,拟合公式用于近似估算不同跨径和不同墩高情况时,所需要的墩柱配筋率。配筋率是以满足70%的钢筋利用率,即墩柱轴力和弯矩设计值达到结构强度设计值的70%。根据不同墩高和不同跨径的墩柱配筋率计算结果,以墩高为横轴,以墩柱配筋率为竖轴,绘制了配筋率的分布情况和拟合曲线见图4。

图4 不同跨径下墩柱配筋率与墩柱高度关系

从图4可以看出,随着墩柱高度的增大,墩柱的配筋率基本呈指数分布,故假设墩柱配筋率y随墩柱高度x的变化关系式为y=a×xb+c。从拟合曲线的结果可以发现,原始数据点与四条拟合曲线的相关系数均接近于1,表示曲线拟合效果较好。

为当墩柱高度≯10 m时,由于墩柱配筋率较小,均小于规范[3]规定的最小配筋率0.5%,所以拟合误差较大。本次的拟合公式可以满足墩高>10 m的墩柱配筋率估算,但同时计算的配筋率也不能超过规范[4]规定的最大配筋率5%。

4 结语

(1)当墩高<5 m时,墩柱内不配置钢筋,墩柱轴力和弯矩设计值可以满足70%的强度保证率。(2)当墩高较矮时,边墩上的支座会滑动,墩顶水平力采用支座摩擦系数与上部结构支反力的乘积;当墩高超过一定高度时,桥墩刚度变柔,由于温度引起的墩顶水平力分量减少,墩顶总水平力也减少,支座不滑动,墩顶水平力按实际量值取值。(3)随着墩高增加,墩顶水平力降低;随着单联跨径数增加,墩顶水平力的大小趋近于稳定值;当墩高相同时,随单联跨径数减少,墩顶水平力也增加,当单联跨径数达到一定数量,墩顶水平力趋于稳定值。(4)探索了不同单孔跨径和不同墩高对墩柱配筋率的影响,近似拟合了墩柱配筋率估算公式,此配筋率同时满足规范[3-4]规定的配筋率限值要求。

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