大跨度预应力门架墩结构形式分析

2020-09-23谢鹏

建材发展导向 2020年18期

谢鹏

（广东省南粤交通河惠莞高速公路管理中心，广东广州 510199）

1 工程概况

广东省河惠莞高速公路紫金大桥2＃桥左幅桥跨布置为（4×30+3×40+ （30+2×40） + （33+2×55+33） +8×30）m，右幅桥跨布置为（5×30+3×40+3×30+ （33+2×55+33） +（2×40+30） +5×30）m。省道S242远期规划下穿左幅11～12孔、右幅13～14孔，受省道242影响该跨采用双柱式门架墩结构，门架墩跨径35.6m，最高墩柱33.3m。门架墩采用截面3m×2m的实心矩形墩，基础采用群桩，盖梁采用C55混凝土实心梁，截面尺寸为4.5m×3m，每片盖梁采用33根预应力钢绞线，每束13根。上部结构为10片40m预应力T梁。

2 有限元分析

运用有限元软件Midascivil2018对紫金大桥2＃桥门架墩进行分析，结构采用梁单元模拟，研究考虑混凝土的收缩徐变、预应力的损失、几何非线性等条件，主墩边界条件采用固结，主墩与盖梁之间分别采用不同的连接方式［1-2］。荷载＝恒载+活载，门架墩恒载主要包括自重和二期铺装，包括上部T梁自重、横向连接、桥面铺、护栏荷载，活载包括汽车荷载。墩柱采用C35混凝土，盖梁采用C55混凝土，混凝土容重采用2.6t／m3，钢绞线采用高强度、低松弛的270级钢绞线，每根公称面积139mm2，标准强度fpk＝1860MPa，锚下控制应力1339.2MPa，门架墩共分81个单元，有限元模型见图1。

3 连接形式对结构力学性能影响

为清晰表示结构受力特性，分别取墩柱墩顶、盖梁线路中心点作为代表受力点，分析结构受力特性。

3.1 固结形式

墩柱与盖梁采用固结形式，盖梁采用现浇施工，计算变形和应力见图2。

图1 门架墩有限元模型

图2 固结形式计算结果

第一排门架墩在施工过程中变形情况：在盖梁与墩柱固结的形式下，在二期恒载施工后，墩顶A点最大竖向变形-1.71mm，最大横向变形-3.3mm，B点竖向最大变形为1.26mm，最大横向变形0.53mm。

受纵坡影响，第二排门架墩在施工过程中变形情况为：在盖梁与墩柱固结的形式下，在二期恒载施工后，墩顶D点最大竖向变形-2.16mm，最大横向变形-3.68mm，E点竖向最大变形为0.36mm，最大横向变形3.75mm。

3.2 铰接形式

墩柱与盖梁采用铰接形式，施加盖梁与墩柱之间的X方向、Z方向位移、Y方向转动、Z方向转动约束，盖梁仅可绕X轴转动和Y方向水平位移，盖梁采用现浇施工，计算变形和应力见图3。

第一排门架墩在施工过程中变形情况：在盖梁与墩柱铰接的形式下，在二期恒载施工后，墩顶A点最大竖向变形-1.71mm，最大横向变形0mm，B点竖向最大变形为4.2mm，最大横向变形-0.1mm。

受纵坡影响，第二排门架墩在施工过程中变形情况为：在盖梁与墩柱铰接的形式下，在二期恒载施工后，墩顶D点最大竖向变形-2.2mm，最大横向变形0mm，E点竖向最大变形为2.6mm，最大横向变形0.7mm。

4 不同连接形式下结构分析

盖梁与墩柱连接方式不同，结构的变形差别较大，墩柱与盖梁固结的情况下主墩变形较大，墩顶A点竖向变形差值为0mm，横向变形差值3.3mm，墩顶D点竖向变形差值为0.04mm，横向变形差值3.68mm，固结形势下墩柱水平变形较大，竖向位移基本一致。B点竖向变形差值为2.94mm，横向变形差值0.63mm，墩顶E点竖向变形差值为2.24mm，横向变形差值3.01mm，固结形势下盖梁水平和竖向变形差值较大。

表1 不同连接方式下应力计算结果

由表1所知，盖梁与墩柱连接方式不同，结构的受力差别较大，墩柱与盖梁固结的情况下，主墩受力较大，墩顶A点轴力相差16kN，弯矩相差10582.6kN·m，墩顶D点轴力相差3kN，弯矩相差8427.7kN·m，主墩与盖梁固结形式下，主墩承受较大的弯矩。B点盖梁轴力相差542kN，弯矩相差-220914kN·m，E点盖梁点轴力相差-9567kN，弯矩相差-9680.2kN·m，固结形势盖梁承受的弯矩教训。

在主墩与盖梁固结的形势下，由于主墩收到的弯矩较大，特别是在预应力张拉过程中，墩底混凝土受到较大的拉应力，拉应力为2.6MPa，二期铺装施工后墩底全部受压，应力见图4。