高墩桥梁固结计算工作实际案例分析

摘要：高墩桥梁的墩梁固结位置的受力情况与构造都相对较为复杂，它是高墩桥梁设计结构的重要位置，在固结位置应保证其刚度足够，从而实现桥墩与主梁的连接呈现刚性，也是保证高墩桥梁质量与安全性的基础。本文通过对宜万铁路马水河大桥的固结计算分析及其在固结计算中的关键要点进行简单论述，最后提出相关建议。

关键词：高墩桥梁；固结计算工作；实际案例分析

随着高墩桥梁工程在山区的大规模建设，如何建造出质量可靠、安全耐用的桥梁成了设计单位需要面临的问题之一。目前高墩桥梁的固结构造大致可分为三种，即板式、肋梁式与箱形梁墩，其相应的固结方式与计算方式也不同。下面通过宜万铁路马水河大桥固结计算进一步分析。

1 高墩桥梁固结计算分析

宜万铁路马水河大桥为108米的墩高，116米*2的梁跨，其高墩为矩形空心，没有设计实体段于墩顶位置，墩梁连接方式为空间框架形式，单室单箱直腹板则为其箱梁的横截面。C40级桥墩混凝土，C60级梁体混凝土，三向预应力悬臂进行分段灌注施工其上部结构。

本文利用模型试验与理论计算比较的方式对其固结进行计算分析。其中模型试验结果能够将大桥实际受力状态较为准确反映出来，而理论计算则能弥补模型试验中的不足之处。

首先分别选择马水河大桥实桥墩中心线的两边30米长的主梁以及桥面下25.5米的范围制作其微缩模型，其缩尺比例为1：6，同时根据大桥在不同负荷情况下墩梁固结位置受力状态进行计算，内容包括2倍双线活载与恒定负载组合作用下、水平制动力作用下、风负荷作用下、全桥单线活载与恒定负载组合作用下、半桥双线活载与恒定负载组合作用下、全桥双线活载与恒定负载组合作用下与恒定负载作用下的各类数据。而后利用ANSYS将空间有限元建立起来，并用空间块体将模型划分单元，经划分后的各单元应有相同的位移于其固结点位置，而预应力筋的张拉量则利用初应变模拟实现。

根据相应的试验与理论计算后，我们能够得到马水河大桥固结位置的情况包括以下几方面：

第一，附加力，即水平制动力与风负荷作用力对马水河大桥墩梁固结位置强度的影响相当小。

第二，只有当固结点在半桥双线活载与恒定负载组合作用状态下时，因受到偏载的影响而使竖向拉应力出现于墩壁的无活载一边，而在这时拉应力最大的位置在墩顶位置的墩壁处，其值为0.84MPa，该值已经比C40级混凝土抗拉值1.65MPa小。而在固结位置处于其他状态时，最大压应力则出现于超2倍活载与恒定负载的组合作用下，其值为-4.35MPa。

第三，横桥向与顺桥向的墩顶隔板均处于较小压应力的受压下。而横桥向与顺桥向在梁底板下7厘米位置分别表现出受拉与受压状态，其中当处于超2倍活载与恒定负载的组合作用下有0.49MPa的最大拉应力出现。

第四，有不超过1MPa范围的较小正负应力存在于各工况下的横桥向与梁体横隔板竖向上。横向拉应力则出现在半桥双线活载与恒定负载的状态时，其出现位置则在固结位置内侧的过人洞上部，0.51MPa为其最大的横向拉应力。

第五，抗剪力较强的位置在墩梁固结位置的腹板上，恒定负载作用状态时，仅有-1.38MPa的最大主应力，而当超2倍活载与恒定负载的组合作用状态时，其最大主应力也仅表现为-1.23MPa。

第六，固结位置的梁体底板与顶板始终处于受压作用之下，其中在超2倍活载与恒定负载组合作用下的底板最大压应力小于-20.3MPa，而在相同条件下顶板仍保持-2.07MPa的最小压应力。

2 高墩桥梁固结计算中的技术关键点

通过上述模型与计算的对比，我们得到了马水河大桥固结点计算的各项数据，由此可以看出，利用这种方法进行高墩桥梁固结的计算是切实可行的。但是在具体计算过程中，我们仍应把握好模型试验与理论计算中的几个技术关键点，从而确保计算结果的精确程度与可靠性：

（一）选取模型。所选择的高墩桥梁模型的墩高要比墩底的宽、长值要大，从而避免因分布的墩底锚固力影响梁墩固结位置的受力状态；选择模型的梁端在加载过程中的Q与M值应相近于实桥；在加载过程中要保证模型周边有一定的空间，以便于千斤顶与加力架的安装。除此之外，为便于试验的进行，可将非固结位置的顶板适当加厚。

（二）模型制作。应保证模型中的预应力钢筋、普通钢筋以及制备模型的混凝土与实桥一致，从而得到更为准确的试验结果。其中利用螺杆模拟预应力钢筋并隔0.5米就有竖向的预应力筋一根于腹板之上，普通钢筋配筋率则与实桥相等，混凝土级配与制备与实桥的部位一致。

（三）测试方法。利用百分表测量纵向水平位移、横向水平位移与竖向位移情况。应变花与应变片则负责测量应变，静态应变测仪与应变花、片相连，其自动将数据采集后向计算机直接输入。另外利用数字显微镜观察裂缝宽度绝对值，而其相对值测量则利用跨缝千分表实现。

（四）理论计算方式。目前在ANSYS中分析钢筋混凝土预应力的方式有综合考虑预应力钢筋与混凝土的作用、分别考虑预应力钢筋与混凝土的作用两种，前者是对预应力筋进行线单元模拟，方法包括初始应变法、降温法等，其缺点是当曲线布筋或布筋较多时，建模较为繁琐；而后者则将预应力筋作用用荷载进行替代，方法包括等效荷载法等，虽然这种方法较为简便，可直接建模，但其缺点也相当明显，即不能完整、真实地体现出结构整体效应。我们在进行类似梁墩固结点计算时，应根据工程的实际情况选择相应的理论计算方法。

（五）单元类型。所谓单元类型就是指在理论计算过程中，需要严格选择的各单元特性与参数的选择。比如在计算中混凝土的参数就应与实桥的情况相同，即计算墩身参数为C40混凝土的参数，计算箱梁参数为C60混凝土的参数；预应力筋单元则应合理划分，同时单元类型的定义应从材料特性、初始应变、横截面等各方面进行；混凝土单元则应充分考虑材料徐变、塑性变形、受压破坏、受拉开裂等各方面因素。

3 相关建议

（一）在进行比例实物模型试验过程中，为考虑到能够真实反映出实桥的情况，所建模型应具有一定规模，同时应制定相关的试验流程与突发事件处理，从而在保证试验人员安全的基础之上，获取较为准确的试验数据。

（二）在上述试验中也有不全面的地方，比如并没有将混凝土徐变收缩、温度等可能影响到墩梁固结位置的因素考虑在内，造成在试验数据上可能有所缺失，在遇到类似的墩梁固结计算时，应更为全面地考虑这方面。

（三）目前我国高墩桥梁的固结位置的构造仍然有很大的可改进空间，如何能在保证桥梁有着足够刚度与承载力的前提下，将固结位置的构造进一步优化设计，应是设计人员着重研究的方向之一。

结语：综上所述，对于高墩桥梁固结点的计算是决定高墩桥梁整体质量与安全性的关键环节。通过建立模型试验与理论计算对比的方法能够对高墩桥梁固结点的计算精度与质量起到有效保障的作用，但在整体计算过程中，我们仍应合理处理好例如单元类型、计算方法、模型制作等各方面的问题，才能确保计算得到的数据准确，为建设高质量、耐用的高墩桥梁提供坚实的基础。

参考文献

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