摘要： 隨著我國高速公路向山區(qū)發(fā)展，高墩橋梁的計算越來越受到大家的重視。目前高墩橋梁計算普遍采用的是橋規(guī)中規(guī)定的偏心距增大系數(shù)法。本文通過對偏心增大系數(shù)方法同美國、加拿大等國規(guī)范推薦的考慮二階效應(yīng)方法的結(jié)果進行比較，找到計算高墩的內(nèi)力及強度配筋的合適方法。

　　關(guān)鍵詞： 高墩,橋梁,偏心距,二階效應(yīng),抗彎剛度

　　1概述

　　根據(jù)我國橋梁規(guī)范規(guī)定，對于計算偏心受壓構(gòu)件正截面承載能力，對長細比大于17.5的構(gòu)件，應(yīng)考慮構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的撓曲對軸向力偏心距的影響，引入了偏心距增大系數(shù)的方法，通過偏心距增大系數(shù)方法與構(gòu)件計算長度相結(jié)合的方法進行簡化計算來考慮二階彎矩對截面承載力的影響。這種簡化計算方法計算簡便，但是近似的。本文根據(jù)實際工程實例，通過對幾種高墩內(nèi)力分析方法結(jié)果的比較，找到高墩計算的適合方法。

　　2高墩內(nèi)力計算方法

　　目前對于高墩內(nèi)力分析的計算方法主要有以下三種：

　　(1)偏心距增大系數(shù)計算方法

　　按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》5.3.10公式計算得到偏心距增大系數(shù)為：

　　(2)《美國2008混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》考慮二階效應(yīng)分析的彈性抗彎強度EcI折減

　　《美國2008混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》ACI-318R-082規(guī)定，當考慮二階效應(yīng)的彈性分析方法時，宜在結(jié)構(gòu)分析中對構(gòu)件的彈性抗彎剛度EcI進行折減：對梁取0.35折減，對柱取0.7折減。

　　(3)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》考慮二階效應(yīng)分析的彈性抗彎強度EcI折減

　　我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002規(guī)定，當采用考慮二階效應(yīng)的彈性分析方法時，宜在結(jié)構(gòu)分析中對構(gòu)件的彈性抗彎剛度EcI進行折減：對梁取0.4折減，對柱取0.6折減。

　　考慮二階效應(yīng)的彈性分析法是近年來美國、加拿大等國規(guī)范推薦的一種精度和效率較高的考慮二階效應(yīng)的方法。這種考慮了幾何非線性的桿系有限元法是一種理論上嚴密的分析方法，由它算得的各桿件控制截面最不利內(nèi)力可直接用于界面設(shè)計，而不再需要通過偏心距增大系數(shù)η來增大相應(yīng)截面的初始偏心距。

　　這三種方法都是在計算高墩時較常采用的方法，其中偏心距增大系數(shù)法由于計算簡單，被設(shè)計人員普遍采用。

　　3考慮二階效應(yīng)的彈性抗彎剛度EcI折減取值

　　考慮二階效應(yīng)分析時，對構(gòu)件彈性抗彎剛度EcI進行折減，《美國2008混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對梁取0.35折減，對柱取0.7折減。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002規(guī)定：對梁取0.4折減，對柱取0.6折減。但《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》是針對建筑結(jié)構(gòu)計算及實驗得到的，條件與橋梁結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別，因此彈性抗彎剛度EcI這件系數(shù)不完全適用于橋梁。

　　承載能力極限狀態(tài)下，鋼筋屈服，結(jié)構(gòu)處于開裂狀態(tài)，有效截面抗彎剛度Ieff 可根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細則》的規(guī)定求的。

　　《公路橋梁抗震設(shè)計細則》規(guī)定：在進行橋梁抗震分析時，E1地震作用下，常規(guī)橋梁的所有構(gòu)件抗彎剛度均按毛截面計算;E2地震作用下，延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度應(yīng)按式(6.1.6)計算，但其他構(gòu)件抗彎剛度仍按毛截面計算。

　　其中φy 、My 根據(jù)《細則》規(guī)定及條文說明可求得。

　　其中My 為截面相應(yīng)于最不利軸力時最外層鋼筋首次屈服時對應(yīng)的初始屈服彎矩;Meq 為相應(yīng)于最不利軸力時截面等效抗彎屈服彎矩;Mu 為截面極限彎矩。

　　以直徑為2.2m的橋墩為例，對墩柱截面進行彈塑性分析，墩柱截面縱向配筋率取1.6%。計算得到截面屈服曲率φy =0.0014623(1/m)，初始屈服彎矩My =21580KN.m，根據(jù)《細則》的6.1.6條計算：

　　柱剛度折減系數(shù)Ieff / I=0.47/1.1499=0.4087

　　若按照偏心距增大系數(shù)計算：

　　e0 =0.176

　　柱剛度折減系數(shù)

　　從上述數(shù)據(jù)可以看出，根據(jù)兩種計算方法得到的折減系數(shù)基本相同，但明顯小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的0.6。.

　　4不同分析方法內(nèi)力及強度配筋比較

　　以墩高45m橋墩為例，僅作定性分析，建立單墩模型，墩頂自由;模擬樁土作用，模擬支座;考慮運營縱橫風荷載、整體升降溫荷載、橋墩單側(cè)墩柱日照溫梯、活載制動力。

　　從上述結(jié)算結(jié)果可以看出，P-△分析考慮橋墩抗彎剛度折減系數(shù)分別為1、0.6、0.408時，與彈性分析得到的內(nèi)力比較，墩底順橋向彎矩相應(yīng)增加58.7%、167.9%、576.2%;與彈性分析并考慮偏心距增大系數(shù)后比較，P-△分析結(jié)果分別為偏心距增大系數(shù)法的25.7%、43.4%、109.5%;可以發(fā)現(xiàn)，當墩底抗彎剛度折減系數(shù)為0.408時，P-△分析與偏心增大系數(shù)法所得結(jié)果比值為109.5%，結(jié)果比較接近;若不考慮剛度折減，比較結(jié)果僅為25.7%，如果直接進行強度配筋計算，結(jié)構(gòu)可能存在嚴重的安全隱患。

　　5結(jié)論

　　根據(jù)上述分析，考慮二階效應(yīng)的彈性分析法，從屬于承載能力極限狀態(tài)，故在考慮二階效應(yīng)的彈性分析法中，對結(jié)構(gòu)應(yīng)取與該極限狀態(tài)相對應(yīng)的剛度，應(yīng)考慮抗彎剛度EcI的折減。墩柱的抗彎剛度可根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細則》的相關(guān)規(guī)定算得，但因為剛度折減系數(shù)與結(jié)構(gòu)配筋有關(guān)，需要先假定主筋數(shù)量，相對來說較為復(fù)雜，而《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的偏心距系數(shù)增大法計算較為方便，因此，一般橋墩計算時，采用偏心距系數(shù)增大法也是相對安全、可靠點。

　　參考文獻：

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