摘要： 隨著我國高速公路向山區發展，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中規定的偏心距增大系數法。本文通過對偏心增大系數方法同美國、加拿大等國規范推薦的考慮二階效應方法的結果進行比較，找到計算高墩的內力及強度配筋的合適方法。

　　關鍵詞： 高墩,橋梁,偏心距,二階效應,抗彎剛度

　　1概述

　　根據我國橋梁規范規定，對于計算偏心受壓構件正截面承載能力，對長細比大于17.5的構件，應考慮構件在彎矩作用平面內的撓曲對軸向力偏心距的影響，引入了偏心距增大系數的方法，通過偏心距增大系數方法與構件計算長度相結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。本文根據實際工程實例，通過對幾種高墩內力分析方法結果的比較，找到高墩計算的適合方法。

　　2高墩內力計算方法

　　目前對于高墩內力分析的計算方法主要有以下三種：

　　(1)偏心距增大系數計算方法

　　按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》5.3.10公式計算得到偏心距增大系數為：

　　(2)《美國2008混凝土結構設計規范》考慮二階效應分析的彈性抗彎強度EcI折減

　　《美國2008混凝土結構設計規范》ACI-318R-082規定，當考慮二階效應的彈性分析方法時，宜在結構分析中對構件的彈性抗彎剛度EcI進行折減：對梁取0.35折減，對柱取0.7折減。

　　(3)《混凝土結構設計規范》考慮二階效應分析的彈性抗彎強度EcI折減

　　我國《混凝土結構設計規范》GB50010-2002規定，當采用考慮二階效應的彈性分析方法時，宜在結構分析中對構件的彈性抗彎剛度EcI進行折減：對梁取0.4折減，對柱取0.6折減。

　　考慮二階效應的彈性分析法是近年來美國、加拿大等國規范推薦的一種精度和效率較高的考慮二階效應的方法。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力可直接用于界面設計，而不再需要通過偏心距增大系數η來增大相應截面的初始偏心距。

　　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法由于計算簡單，被設計人員普遍采用。

　　3考慮二階效應的彈性抗彎剛度EcI折減取值

　　考慮二階效應分析時，對構件彈性抗彎剛度EcI進行折減，《美國2008混凝土結構設計規范》規定：對梁取0.35折減，對柱取0.7折減。《混凝土結構設計規范》GB50010-2002規定：對梁取0.4折減，對柱取0.6折減。但《混凝土結構設計規范》是針對建筑結構計算及實驗得到的，條件與橋梁結構有較大區別，因此彈性抗彎剛度EcI這件系數不完全適用于橋梁。

　　承載能力極限狀態下，鋼筋屈服，結構處于開裂狀態，有效截面抗彎剛度Ieff 可根據《公路橋梁抗震設計細則》的規定求的。

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

　　其中φy 、My 根據《細則》規定及條文說明可求得。

　　其中My 為截面相應于最不利軸力時最外層鋼筋首次屈服時對應的初始屈服彎矩;Meq 為相應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《細則》的6.1.6條計算：

　　柱剛度折減系數Ieff / I=0.47/1.1499=0.4087

　　若按照偏心距增大系數計算：

　　e0 =0.176

　　柱剛度折減系數

　　從上述數據可以看出，根據兩種計算方法得到的折減系數基本相同，但明顯小于《混凝土結構設計規范》規定的0.6。.

　　4不同分析方法內力及強度配筋比較

　　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、橋墩單側墩柱日照溫梯、活載制動力。

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

　　5結論

　　根據上述分析，考慮二階效應的彈性分析法，從屬于承載能力極限狀態，故在考慮二階效應的彈性分析法中，對結構應取與該極限狀態相對應的剛度，應考慮抗彎剛度EcI的折減。墩柱的抗彎剛度可根據《公路橋梁抗震設計細則》的相關規定算得，但因為剛度折減系數與結構配筋有關，需要先假定主筋數量，相對來說較為復雜，而《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》規定的偏心距系數增大法計算較為方便，因此，一般橋墩計算時，采用偏心距系數增大法也是相對安全、可靠點。

　　參考文獻：

　　[1] 蔣秀根,劇錦三;偏心受壓鋼筋混凝土長柱承載力分析[J];中國農業大學學報;2002年02期

　　[2] 邱繼生,張耀庭,黃恒衛;BP網絡在鋼筋混凝土細長柱承載力計算中應用[J];華中科技大學學報(城市科學版);2002年02期