山区高速公路的桥墩设计
高度较矮的桥墩(h<40m)多采用柱式墩,Y型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工中外观质量易控制,且与桩基衔接方便, 平原地区用的较多。但从美观上来说,方柱有棱有角,与上构梁体协调,有一定的视线诱导性,较美观。从受力上看,截面积相等的方柱和圆柱,方柱抗弯刚度大于 圆柱,受力优于圆柱,当体系为连续刚构时,方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度,从而达到调整墩柱受力的目的。圆柱为各向同性,调整起 来效果差一些。方柱的缺点是墩柱与桩基之间需通过桩帽连接,增加了工程数量,并且山区桥梁地面横坡都较陡,增加柱帽构造还会增加挖方工程量,引起边坡不稳,设计中应根据地形、上构结构形式、墩高综合考虑选用方柱或是圆柱。
Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型,美观性较好,但施工稍显复杂。墩高较矮时,其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套 模板,只需搭一个支架,对于地面横坡较陡,搭支架困难,模板需求量大的山区桥梁,Y型薄壁墩具有显著的优势。从预算定额中也可以看出,同高度的柱式墩与Y型薄壁墩相比,Y型薄壁墩的基价低。另外采用双柱墩时,由于地面横坡较陡,两个墩柱高度经常相差较大,由于线刚度EI/L差距大,导致一个墩两个墩柱受力 差异较大,采用Y型薄壁墩,只一个墩柱,就避免了上述缺陷。也有人认为,上部的Y型承托节约材料并不多,却施工麻烦,宜设计为实体,权衡施工进度和质量、安全和节省材料及美观之间的关系,也未尝不可。不管外形如何,墩高较高时,采用独柱双支座外部形状Y型的薄壁墩较为适宜。
一般矮桥墩的设计由强度控制,但当墩高较高时,就必须得考虑桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)关于偏心受压柱条文说明5.3.10条指出,“当l0/h>30时,构件已由材料破坏变为失稳破坏。”l0为受压柱的有效长度,在0.5~2倍墩高之间变化,究竟取值多少,与施工状态、上构重量、上构和墩柱的连接方式即墩柱的支承刚度有关。大量的计算实验 表明对于先简支后刚构(墩顶与上构为钢板焊接)和先简支后连续(墩顶与上构为橡胶支座连接)的多跨T梁桥来说,墩柱的有效长度 l0=1.2~1.43l,l为墩柱高度,当l=40m且采用矩形截面时,h>1.2~1.43*40/30=1.6~1.907m,h=50m时 h>2~2.383m,当墩厚大于2m时,实心矩形截面经济性降低,所以可以得出一个结论:墩柱为材料破坏时,采用实心矩形截面,其高度不宜超过50m. 当墩高大于50m时,采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩,墩高超过65m左右时顺桥向应考虑放坡,因为采用等宽尺寸时施工虽然方便,但为了保证桥墩的稳定,墩柱和帽梁必将尺寸加大很多,这样材料会浪费较大。
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