双肢薄壁空心墩设计参数分析与优化
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赵易， 王医，吴晓
（石河子大学 水利与建筑工程学院，新疆 石河子 832000）
摘要：本文介绍预应力混凝土连续刚构桥双肢薄壁墩的优点，并以一座计算跨径为200m的连续钢构为研究对象，建立空间有限元模型，提取上部计算结构，计算出桥墩各几何参数对本桥梁的力学性能的影响，总结出一般性结论，为优化结构设计提供依据。
关键字：刚构桥；几何参数；优化设计
中图分类号： K928 文献标识码： A
1. 连续刚构桥双肢薄壁墩的优点
通常对双薄壁墩的定义是指在墩位上有两个相互平行的墩壁与主梁固结的桥墩。竖直双薄壁墩可增加桥墩刚度，同时其抗推能力小，在桥梁纵向允许的变位大，不仅可以减小主梁墩顶负弯矩，使结构内力分配更趋合理，而且由于其为双墩柱，墩顶弯矩的峰值也不象但单壁墩出现在支点中心，它的峰值出现在两支墩的墩顶，峰值也较单壁墩小的多，两支墩之间负弯矩为下凹的曲线，可减小墩顶截面尺寸，充分发挥材料的受力性能，增加桥梁美感。
在双薄壁墩连续刚构桥设计中，其设计难度较大且很关键的问题是在考虑刚构桥整体受力作用如何合理选择双薄壁墩的墩距和壁厚，传统的技术方法是凭借经验或类比试算来决定墩距与壁厚，具有一定的片面性，其结果则致使工作量大，浪费了大量时间。
2.工程基本资料
以某预应力混凝土连续钢构桥为背景，建立有限元模型进行分析。桥梁基本资料如下：该高墩大跨径连续刚构桥跨径为110+200+110，主粱采用单室箱梁截面，墩顶梁高11，跨中梁高3，梁高沿跨径方向按二次抛物线变化，箱梁底板宽7，顶板悬臂3.25，全宽13.5，主墩高度为120，总体布置，和双肢薄壁空心墩尺寸如下图所示。主梁箱梁采用混凝土，墩身采用混凝土。
图1刚构桥垮中、墩顶、墩身截面尺寸（单位：）
3 分析内容及结果
3. 1墩厚变化对墩身内力的影响
其余参数保持不变保持不变，令墩厚取值为0.5、0.7、0.9、1.1，计算结果见下表。
表1 双薄壁墩墩身壁厚变化对墩底内力的影响
墩身壁厚变化对双肢墩墩底内力影响很大，墩底竖向反力和弯矩随墩身壁厚的增加而急剧增大，特别是墩底弯矩的变化，当墩身壁厚较小时，壁厚增加0.2，双肢的墩底弯矩增大近一倍。
3. 2 双肢间距变化对墩身内力的影响
其余参数保持不变保持不变，令双肢间距取值为6、8、0.9、10、12，计算结果见下表。
表2 双薄壁墩双肢间距变化对墩底内力的影响
从表2可以看出，在上部结构作用下，双肢墩底均产生向中跨方向弯曲的弯矩，且中跨一侧肢墩墩底轴力和弯矩大于边跨一侧肢墩，二者相差数值较大。
随着双肢间距的增大，中跨一侧肢墩的墩底弯矩和反力先增加后减小，可知反力变化曲线在双肢间距为10~12间出现拐点，弯矩变化曲线在双肢间距为8~10间出现拐点。对于边跨一侧的肢墩，随着双肢间距的增大，墩底弯矩和反力先减小后增大，可知反力和弯矩变化曲线都在双肢间距为10~12间出现拐点。因此，双肢间距的变化对墩身内力的影响存在一定范围，可以推测，当间距较小时，双肢间距的增大使中跨一侧肢墩内力增加，边跨一侧肢墩内力减小。
5.结语
1.采用双薄壁墩的目的是为了减少墩身的抗推刚度，从而有效地减少上部结构的内力。但在实际工作中应注意的是：当墩身的高度达到一定数值时，整个墩身的刚度已变得足够小，再采用双薄壁墩不仅施工复杂，对上部结构内力的改善效果也不明显．而且刚度过小将对整个结构体系造成其他方而的不利影响。
2.墩身壁厚增大，使得墩底弯矩、剪力和轴力都增大
3. 总的来说，双肢间距增加导致边跨跨中部分应力增加，墩顶部分应力减小，为使梁体受力更合理，材料发挥最大作用，同时考虑双肢墩对墩顶负弯矩的“削峰”作用，若以上部结构内力为优化目标，建议本曲线刚构模型肢间距取值6~8为宜。
参考文献
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作者简介：
赵易，1985年生，男，新疆昌吉人，研究生，桥梁与隧道工程