郑建东

(厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361015)



矮墩连续刚构桥温度效应分析

郑建东

(厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361015)

文章以某实际工程为例，使用大型有限元程序Midas/Civil建立全桥模型，计算分析不同截面类型下部结构的连续刚构桥在温度荷载作用下的主梁内力与位移变化情况，并确定出合理的下部结构类型，为同类桥型设计提供参考。

连续刚构桥；矮墩；温度效应；下部结构

0 引言

连续刚构桥是桥墩与主梁固结的连续梁桥，上、下部结构共同承担荷载，可减少墩顶负弯矩。墩刚度较柔，允许出现较大变位，并且具有投资较少，施工方便，不需要大型支座，行车平稳，养护费用低等优点。在深谷大流地区，高墩大跨连续刚构桥具有很大优势。由于连续刚构桥是多次超静定结构，混凝土收缩、徐变、温度变化、预应力作用、墩台不均匀沉降等引起的附加内力对结构影响较大。本文结合某工程实例，考虑温度对桥梁结构的影响。

1 温度效应分析

混凝土是由水泥、沙、石组成的一种混合材料。在国内外的混凝土桥梁中，温度应力是结构开裂的重要因素。调查资料表明，混凝土结构中只有20%的裂缝是由于外荷载产生，而80%的裂缝却是由温度、收缩等变形变化所引起的。当混凝土桥梁结构温度变化产生形变而受到约束时就会产生温度应力。超静定结构连续刚构桥产生的温度应力甚至可能会超过活载应力，成为裂缝产生的主要原因。日照、骤然降温以及年温度变化三种温度荷载是连续刚构桥中产生温度效应的主要原因。

连续刚构桥在设计阶段，结构类型及尺寸的选取至关重要，尤其桥墩截面形式对上部结构内力影响显著。因此，本文以某矮墩连续刚构桥为例，选取不同类型的下部结构，计算在温度荷载作用下的主梁内力。

2 工程概况

南平市南平新大桥采用(60+95+57)m三跨预应力混凝土连续刚构，全长212.0 m。桥墩处主梁截面为单箱双室截面，截面高5.7 m，跨中处截面高2.5 m，截面高度按1.8次抛物线变化。箱梁全宽为17.5 m。桥墩高24 m，采用双薄壁墩。

3 Midas计算

使用大型有限元程序Midas/Civil建立全桥模型。在建模过程中，下部结构采用箱形空心墩、双薄壁实心墩进行比较。箱型墩模型节点数115，单元数104，双薄壁模型节点数142，单元数127，在连续刚构桥主梁上施加相同的温度荷载，即主梁升温20 ℃和温度梯度荷载，温度基数值T1为14 ℃，T2为5.5 ℃。通过Midas软件计算在上述温度荷载下主梁应力与位移。箱形空心墩模型图见图1，双薄壁墩图见图2。升温20 ℃计算结果见表1。温度梯度荷载计算结果见表2。

图1 箱形空心墩模型图

图2 双薄壁墩图

项目箱型墩双薄壁墩主梁上缘最大拉应力0.340.11主梁上缘最大压应力0.730.23主梁下缘最大拉应力0.940.29主梁下缘最大压应力1.160.36主梁跨中位移21.93.89

表2 温度梯度荷载计算结果表

注：表中应力单位为MPa，位移单位为mm

从计算结果可知，在主梁升温荷载下，双薄壁墩主梁无论是拉应力还是压应力均比箱型墩主梁应力小，而且跨中处竖向位移也比箱型墩小很多。在温度梯度荷载下，两者计算结果较为接近，双薄壁墩主梁下缘压应力比箱型墩主梁稍大，下挠位移大了一倍，但其值并不是很大。对墩本身而言，双薄壁墩纵向抗推刚度相比箱型墩小很多，可以更好地释放主梁纵向变形，减小对主梁的约束作用。在相同的温度荷载下，主梁的内力更小。对于高度<50 m的矮墩，双薄壁墩的优势非常明显。在温度荷载作用下，双薄壁墩的主梁应力比箱型墩主梁应力小。箱型墩模型中如果温度荷载再与其他类型的荷载进行组合之后主梁应力将非常大，这样主梁需要配置更多的钢筋和预应力筋，是十分不经济的，甚至不能满足规范要求。对于墩梁固结的连续刚构桥，虽然造价低，施工方便，但是，桥墩与主梁直接固结而不设置支座会使得桥墩与主梁连接处不会产生相对位移，温度作用下产生的位移不能像普通梁桥那样通过支座得到有效释放，而会在主梁产生较大内力。因此，对于桥墩高度在50 m以下的矮墩连续刚构桥，桥墩线刚度较大，如果再选取抗推刚度较大的箱形空心墩，在温度荷载下，主梁内力会很大。同时，跨中的竖向位移也会很大，在桥梁使用阶段行车也不够舒适。而双薄壁墩抗推刚度小，桥墩与主梁固结处会产生稍大的水平位移却能够释放掉较大的跨中竖向位移，而且主梁的内力也较小。此外，双薄壁墩的横向迎风面积较小、风载体形系数小。所以，无论是对于施工阶段还是成桥后对抵抗横向风都是有利的。双薄壁墩能够提供适当的抗弯刚度，能够抵抗施工阶段的一部分不平衡荷载。

4 结语

连续刚构桥因其造价低廉、施工简便、行车舒适而被我国广泛建造，本文分析了在温度作用下矮墩连续刚构桥不同下部结构主梁的内力、位移。通过计算可知，双薄壁墩更适合作为矮墩连续刚构桥的桥墩。

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[5]宋胜录.高墩大跨连续刚构桥温度效应研究[D].长沙：湖南大学，2008.

Temperature Effect Analysis of Dwarf Pier Continuous Rigid Frame Bridge

ZHENG Jian-dong

(Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co.，Ltd.，，Xiamen，Fujian，361015)

With a practical project as the example，this article established the full bridge model by using the finite element program Midas/Civil，calculated and analyzed the main-beam internal force and displacement changing situation of continuous rigid frame bridge with the substructure of different cross-section types under temperature load，and determined the reasonable substructure types，thereby providing the reference for the design of similar bridges.

Continuous rigid frame bridge；Dwarf pier；Temperature effect；Substructure

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.10.014

1673-4874(2016)10-0051-02

2016-09-05

郑建东(1978—)，工程师，研究方向：桥梁隧道设计。