２０１３年第９期 （总第２３５期） 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．９，２０１３ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２３５） 高墩大跨连续刚构桥施工稳定性分析研究 刘 尚，邵国涛，吴敏卉 （长安大学公路学院） 摘要：高墩大跨连续刚构桥的施工过程中，结构的稳定问题变的尤为重要。以某连续刚构桥为工程背景， 对结构在施工阶段最高墩和最大悬臂状态下的稳定性进行了分析，分析结果表明该桥在施工过程中具有良 好的稳定性，得出相关结论以指导同类结构施工。 关键词：高墩；连续刚构桥；稳定性 中图分类号：Ｕ４４８．２３ １结构稳定理论 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１３）０９—０１４４—０２ 龙段长度均为２ ｍ。 稳定问题有两类：第一类叫做呈现第二个平衡状态，例 如轴心受压的直杆；第二类是结构保持一个平衡状态，随着 荷载的增加在应力比较大的区域出现塑性变形，结构的变形 下部结构，主墩采用双肢薄壁空心墩，双薄壁墩身外缘 宽８．５ ｍ，单壁断面尺寸９．１５×２．４ ｍ，长边厚０．６ ｍ，短边厚 ０．８ ｍ，墩高４０．５—４６．５ ｍ，墩顶、墩底分别设置２ ｍ，２．５ ｍ 实心段，桥墩高度中心设置一道横隔板。双幅采用１５．４ Ｘ ｌ５．４ ｍ整体式承台，基础采用直径为１．８ ｍ钻孔灌注桩，主 很快增大；当荷载达到一定数值时，即使不再增加，结构变形 也自行迅速增大而使结构破坏。这个荷载实质上是结构的 极限荷载，但也称临界荷载，例如偏心受压的杆。高墩连续 墩采用ｃ柏混凝土，承台采用ｃ，。混凝土，桩基采用ｃ 混凝 刚构桥是典型的压弯构件，其稳定问题属于第二类。但是， 土。主墩主筋采用ＨＲＢ３３５钢筋。 因为第一类稳定问题的力学情况比较单纯明确，而它的临界 ３利用Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ进行稳定分析 荷载又近似地代表相应的第二类稳定的上限，所以工程中通 对大跨度连续刚构桥的不同施工阶段做稳定性分析，即 常以第一类稳定问题的计算结果作为设计的依据。其理论 最高墩时的稳定性分析和最大悬臂状态下的高墩稳定性分 分析可通过下式展开 析。根据上述两个不同的施工阶段，采用Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ软件进 （［ ］＋［ ］）｛６｝＝｛Ｆ｝ （１） 式中：［ ］为单元几何刚度矩阵；［ 。］为初始应力刚度矩 阵；｛占｝为节点位移；｛Ｆ｝为杆件的内力。 若｛Ｆ｝增加Ａ倍，则杆力和几何刚度矩阵也增大Ａ倍， 因而上式可以写作 （［ 。］＋Ａ［ＫＧ］）｛６｝＝Ａ｛Ｆ｝ （２） 若Ａ足够大，使得结构达到随遇平衡状态，即当｛艿｝变 为｛６｝＋｛ ｝，式（２）变为 （［Ｋ。］＋Ａ［Ｋ。］）（｛ ｝＋｛△ ｝）＝Ａ｛Ｆ｝ 则同时满足式（２）和式（３）的条件是 （３） 行建模。 ３．１ 最高墩时的稳定性分析 由于本桥的１２号墩相对较高，稳定分析中将其定义为 最不利墩。取１２号主墩为研究对象，主要考虑的荷载有： （１）恒载；（２）墩顶施工荷载；（３）顺桥向风荷载；（４）横桥向 风荷载。 把上述荷载加载到双肢薄壁墩的模型中。进行主墩的 屈曲分析。考虑如下两种工况来检验高墩屈曲稳定特征值 的变化情况。 工况１：（１）＋（２）； 工况２：（１）＋（２）＋（３）； 工况３：（１）＋（２）＋（４）； （［ ］＋Ａ［ ］）｛ ｝－０ （４） 这就是计算稳定安全的特征方程式，如果方程有ｎ阶， 那么理论上存在ｎ个特征值Ａ。Ａ：Ａ３……Ａ 。但是在工程问 题中只有最低的特征值或最小的稳定安全系数才有实际意 义，这时的特征值为Ａ 即最小稳定特征值，临界荷载值为 Ａ ｛Ｆ｝。 ２工程概况 根据上述荷载工况，可计算得到１２ 墩的高墩稳定特征 值，如表１所示。最小特征值为２８．８，说明在高墩状态下结 构具有较好的稳定性。 表１ １２ 墩各工况稳定分析结果 现以河南省某高墩大跨连续刚构桥为例，对该桥进行了 稳定性分析。该桥主桥上部结构为（８２＋３１５０＋８２）ｍ预应 力混凝土变截面连续刚构，桥宽２１９．４５ ｍ，左右幅分离。箱 梁为单箱单室截面，箱梁顶宽ｌ９．４５ ｍ，底宽９．１５ ｍ，翼缘板 悬臂长５．１５ ｍ，墩顶处梁高１０ ｍ，高跨比为１／１５，梁端及跨 中梁高３．５ ｍ，高跨比为１／４２．８６，箱梁梁高按１．６次抛物线 变化。在０ 块、中跨合龙段和箱梁端部设横隔板。箱梁采 用纵、横、竖三向预应力体系。箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工， ３．２最大悬臂状态下的高墩稳定性分析 高墩大跨径连续刚构桥施工中最大悬臂状态结构稳定 性最差，是高墩大跨径连续刚构桥稳定性的主要控制因素。 因此，对最大悬臂状态下结构的稳定性研究至关重要。在这 阶段主要考虑的荷载有：（１）恒载；（２）挂篮自重，按 一０ 块长１０ ｍ，箱梁单“，Ｉ．＇’悬浇划分为１９对梁段，边、中跨合 收稿日期：２０１３—０３—２９ 作者简介：刘尚（１９８８一），男，陕西澄城人，研究方向：桥梁结构维修加固。 ・１４４・ 第９期 刘尚，邵国涛，吴敏卉：高墩大跨连续刚构桥施工稳定性分析研究 总第２３５期 ９８０ ｋＮ考虑；（３）为施工方便，施工单位要求在梁体上堆放 性分析，可以初步得出以下结论。 一些机具。计算时取一端悬臂作用有８．５ ｋＮ／ｍ均布荷载， （１）由各工况下的分析结果对比发现，在高墩连续刚构 并在其端部作用有２００ ｋＮ的集中力；（４）最后一悬臂浇筑梁 桥的施工阶段，风载对结构的影响很小。 段不同步施工；（５）顺桥向风载；（６）横桥向风载；（７）施工过 （２）对于第一类稳定问题而言，施工阶段最不利状态是 程中挂篮跌落，动力放大系数为２，即挂篮跌落一侧反向施 在最大悬臂状态。 加２倍的挂篮自重。考虑如下荷载工况来检验最大悬臂状 （３）受环境变化和施工误差等不确定因素的影响，对结 态下稳定特征值的变化情况 构进行稳定分析时无法精确模拟其施工状态，因此在施工 工况１：（１）＋（２）＋（３）＋（４）； 时，要确保结构的垂直度准确，以便减少高墩的初始缺陷对 工况２：（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋（５）； 结构稳定性的影响。 工况３：（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋（６）； （４）对结构进行施工阶段稳定性分析时没有考虑温度 ］二况４：（１）＋（３）＋（４）＋（５）＋（７）； 等因素的影响，这些问题有待于进一步的研究。 工况５：（１）＋（３）＋（４）＋（６）＋（７）； （５）对结构在施工阶段可能出现的几种工况进行了线 由上述荷载工况可计算得到最大悬臂状态下一阶模态 性屈曲分析研究，表明该桥主墩最高墩时稳定性和最大悬臂 的稳定特征值。如表２所示。 状态施工稳定性好，施工过程不会发生稳定性破坏。 表２ １２ 墩最大悬臂各工况稳定分析结果 参考文献： ［１］马保林．高墩大跨连续刚构桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２ｏｏ１． ［２］李国豪．桥梁结构稳定与振动［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， ｌ９９６． ［３］范立础．预应力混凝土桥梁［Ｍ］．．北京：人民交通出版社， １９８８． ［４］公路桥梁设计通用规范（ＪＴＧ Ｄ６０—２００４）［Ｓ］． 由表２中数据可知，１２ 墩最大悬臂状态下最小稳定特 ［５］公路桥梁抗风设计规范（ＪＴＧ／Ｔ Ｄ６０—０１—２００４）［ｓ］． 征值为１９．５，说明结构在最大悬臂状态下具有较好的稳定 ［６］ 马嵩，何楠．连续刚构桥悬臂状态稳定性分析［Ｊ］．山西建 性。由工况２、３和工况４、５可以看出顺桥向风荷载对结构 筑，２０１０，（２６）：３００—３０１． 在最大悬臂状态下的稳定性最不利。由工况１、３可以看出 ［７］王菲，田山坡，禚一．高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析 横向风荷载对结构在最大悬臂状态下的稳定性无影响。由 ［Ｊ］．铁道工程学报，２０１２，（１Ｏ）：５７—６２． ［８］杨善奎，陈思孝．高墩大跨刚构桥施工稳定性分析研究［Ｊ］． 工况２、４和工况３、５可以看出挂篮跌落造成的一侧失重，使 铁道工程学报，２０１０，（１２）：５１—５５． 墩的稳定特征值有所增加，这是因为在特征值屈曲时没有考 ［９］杨相展．空心薄壁高墩稳定性分析［Ｊ］．北方交通，２００７，（８）： 虑材料非线性和初始几何缺陷的结果。 ５２—５４． ４结束语 ［１Ｏ］王振阳，赵煜，徐兴．高墩大跨径桥梁稳定性［Ｊ］．长安大学 通过对河南省某高墩大跨连续刚构桥施工阶段的稳定 学报（自然科学版），２００３，（４）：３８—４０，８４． （上接第１４３页） 毕后要整理、擦拭干净后归箱放好，以备下次正常使用。 ３．４检测车的使用 ３．７数据的采集、记录及整理 隧道检测通常检测拱顶、左右拱腰及左右边墙，但隧道 数据的采集应由理论及经验丰富的持证上岗人员完成； 拱顶及左、右拱腰的位置较高，采集困难，必须辅助以机械。 数据记录人员应及时、准确的记录数据采集过程（如检测时 一般采用高空作业车作为检测车辆，高空作业车的作业臂升 间、检测位置、文件编号、检测里程等），并将采集文件分类保 降灵活，并带有防护设施，但是当地面不平稳时宜产生晃动； 存，如有问题及时向技术人员报告。数据采集完及时将采集 若现场条件不允许，可自行焊接工作平台并连接、加固到其 数据报送技术人员，并将记录要点详细说明，以确保数据记 他车辆上面作为检测设备。检测过程中必须保证检测车平 录的完整、清晰。 稳前进，减少晃动，检测车上面的工作人员必须系好安全带， ４结语 确保工作安全。 在隧道无损质量检测过程中，检测人员不仅要有扎实的 ３．５雷达天线的选用 理论基础，而且要有丰富的现场实践经验，从细节着手，做到 隧道衬砌检测必须采用屏蔽天线。高频天线发射的雷 以下几点：（１）做好充分的准备工作；（２）选择合适的检测仪 达波主频、分辨率、精度较高，但能量衰减较快，探测深度较 器及相关设备；（３）检测人员必须持证上岗，对仪器工作原 浅；低频天线发射的雷达波主频、分辨率、精度相对较低，但 理及各项参数熟悉，具有足够的现场处理能力；（４）采集的 能量衰减较慢，探测的深度较深。根据不同天线的特点及雷 数据要及时报送技术人员，确保数据记录的完整、清晰。 达型号可选用４００ Ｍ天线或９００ Ｍ天线，并配以测量轮。此 参考文献： 两种天线的分辨率高，适合隧道质量检测中使用。通常，ＳＩＲ ［１］ 高文号．浅谈地质雷达在隧道衬砌检测中的应用［Ｊ］．合肥：工 一２０雷达配４００ Ｍ天线并加测量轮辅助采集的效果较好。 程与建设，２００９，１５（２）：９５—９７． ３．６雷达检查及保养 ［２］李大心．探地雷达方法与应用［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９４． 每次检测工作开始前要对仪器进行检查，检查仪器是否运 ［３］李铂，王灿为．地质雷达在隧道检测中的常见技术问题［Ｊ］铁 转正常。对于检查过程中发现的问题要及时解决。仪器使用完 道建筑技术，２００８，（Ｓ１）：４５１—４５３． ・１４５・
