摘要:本文利用midas的板、梁?jiǎn)卧�建立空間模型，根據(jù)m法模擬樁土作用。利用空間模型得到的彎矩計(jì)算結(jié)果與梁?jiǎn)卧�模型�?jì)算結(jié)果比較分析，得出相關(guān)結(jié)論：門(mén)式剛構(gòu)橋內(nèi)力比同等跨度要小，能夠有效節(jié)省材料，減低造價(jià)；同時(shí)得出樁頂附近土m值大約在8000kN/m4左右，對(duì)門(mén)式剛構(gòu)橋受力最為有利。
　　關(guān)鍵詞:門(mén)式剛構(gòu)橋，midas，m法，樁土作用
　　1前言
　　
　　龍眼橋位于主線與龍眼路(規(guī)劃虎門(mén)大道)相交的平交口上，橋梁標(biāo)高變化劇烈，如上部采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，則施工難度較大。為方便施工，新建龍眼橋采用現(xiàn)澆門(mén)式剛構(gòu)橋。橋跨與規(guī)劃上下游相接橋梁相同，為2孔凈9m。
　　橋梁長(zhǎng)20.14m，跨徑組合2x9m。橋梁寬110.08m，共分為七個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度10～19m不等。上部結(jié)構(gòu)梁高70cm，調(diào)平層厚10cm，橋面鋪裝為10cm瀝青砼。框架臺(tái)高約5m，臺(tái)厚70cm，基礎(chǔ)為單排樁接承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑120cm，樁基按照摩擦樁設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)。
　　2計(jì)算模型的建立
　　本文利用有限元midas軟件,建立兩跨門(mén)式剛構(gòu)橋的模型，并且進(jìn)行內(nèi)力分析。門(mén)式剛構(gòu)橋主梁、墩臺(tái)按照板單元模擬；承臺(tái)、樁基按照梁?jiǎn)卧�模擬。計(jì)算模型中考慮了樁土作用,用彈簧模擬地基土對(duì)樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據(jù)<<公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JDGD63-2007>>按“m法”計(jì)算[1]。全橋計(jì)算模型如圖1所示。
　　                
　　
　　                                                            圖1全橋計(jì)算模型圖
　　3m法介紹
　　地基系數(shù)m法是國(guó)內(nèi)比較盛行的計(jì)算水平荷載樁位移和內(nèi)力的方法，被納入現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[2]、建筑樁基技術(shù)規(guī)范[3]、建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[4]和公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]。由于在水平荷載作用下，樁身因產(chǎn)生變位而受到周?chē)鷰r土介質(zhì)的約束反力(抗力)，m法實(shí)際上是假設(shè)樁側(cè)巖土介質(zhì)抗力系數(shù)(地基系數(shù))隨深度按比例系數(shù)m線性增長(zhǎng)，但嚴(yán)格說(shuō)m值并不只是與樁側(cè)巖土的剛度有關(guān)，還與樁的剛度、樁型、成樁方法和樁項(xiàng)容許位移有關(guān)。原則上，宜通過(guò)在樁身穿越的各土層中做相應(yīng)的水平載荷試驗(yàn)來(lái)確定各層土的m值，但這樣做是不現(xiàn)實(shí)的，現(xiàn)有的試驗(yàn)方法是根據(jù)樁在地面以下幾倍樁徑范圍內(nèi)地基土的類(lèi)型和土質(zhì)條件統(tǒng)計(jì)得出的m值。由于試驗(yàn)費(fèi)用和時(shí)間等原因，工程界普遍是按規(guī)范給出的經(jīng)驗(yàn)值取用。一些工程設(shè)計(jì)人員為計(jì)算簡(jiǎn)便，常取一不變的比例系數(shù)m，在基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)[5]中也有在一定深度范圍以上取一比例系數(shù)m，而在該深度以下抗力系數(shù)取為常數(shù)。然而，實(shí)際工程樁常穿越多層地基土，而各層地基土的剛度常是不同的，它們的地基抗力系數(shù)變化規(guī)律理應(yīng)不同。因此，不針對(duì)巖土成層分布的具體情況，而做過(guò)于簡(jiǎn)化的處理，其設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況難免會(huì)出現(xiàn)較大差異。對(duì)于多層地基情況，國(guó)內(nèi)規(guī)范[1]和文獻(xiàn)[6][7]大都建議采用地基比例系數(shù)換算法，即將多層地基比例系數(shù)換算為一個(gè)相當(dāng)于均質(zhì)土層時(shí)的比例系數(shù)，然后按均質(zhì)地基求解樁身位移和內(nèi)力。試驗(yàn)和大量實(shí)例計(jì)算表明：靠近地面或最低沖刷線一定深度hm范圍內(nèi)的土質(zhì)好壞對(duì)于樁側(cè)土抗力大小影響很大，因此，現(xiàn)一般采用hm深度內(nèi)各土層地基系數(shù)按厚度的加權(quán)平均值m(或使換算前后地基系數(shù)面積相等)作為樁的整個(gè)埋入深度內(nèi)的m值。如圖1所示，當(dāng)樁周有3種土層時(shí)，根據(jù)換算前后地基系數(shù)圖形面積在hm深度內(nèi)相等，可得：

            
　　                       
　　
　　正如文獻(xiàn)[5]指出，上述換算存在一些問(wèn)題，因此，采用現(xiàn)行規(guī)范建議的地基系數(shù)換算法，將導(dǎo)致樁身位移和內(nèi)力計(jì)算誤差較大，且實(shí)例計(jì)算表明常是偏于不安全的。因此，該文獻(xiàn)中提出了按樁身?yè)锨�線加權(quán)換算法，可有效提高分析計(jì)算精度。然而，無(wú)論哪種換算法，在計(jì)算樁身不同深度處的位移和內(nèi)力時(shí)仍需按傳統(tǒng)m法根據(jù)換算深度αZ表手算。為客觀地反映成層地基的實(shí)際抗力特性，以提高設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的可靠度和計(jì)算效率，可采用有限差分法和彈性地基桿系有限單元法。
　　4.計(jì)算內(nèi)力分析及一些影響因素討論
　　4.1內(nèi)力分析
　　1.在汽車(chē)活載+日照溫差+二期荷載作用下主梁彎矩如圖3所示：
　　                 
　　由圖3-4可知:雙跨門(mén)式剛構(gòu)橋橋墩上部出現(xiàn)負(fù)彎矩、跨中正彎矩，跨中最大彎矩為624kN.m,同等跨徑的簡(jiǎn)支梁按照M=ql2/8+1/4Fl計(jì)算可得1020KN,大大減少了跨中彎矩，而且樁基樁頂彎矩最大，沒(méi)有在土中擴(kuò)大，彎矩相比同等臺(tái)高要小，因此能減小結(jié)構(gòu)尺寸，大大降低了工程造價(jià)。
　　4.2影響因素
　　1.樁土作用土的彈性支撐剛度對(duì)主梁影響
　　本節(jié)按照彈簧模擬地基土對(duì)樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據(jù)<<公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JDGD63-2007>>按“m法”計(jì)算,m值從500~30000KN/m4分別計(jì)算主梁中跨最大彎矩、中墩最大負(fù)彎矩、邊墩最大負(fù)彎矩，其土的彈性支撐剛度影響如圖5所示:
　　                    
　　由圖中可知,跨中最大彎矩、中墩最大負(fù)彎矩隨著水平彈性支撐剛度變大而變大,邊墩最大彎隨著水平彈性支撐剛度變大而變小,最后都趨于穩(wěn)定。特別是在當(dāng)?shù)鼗�水平抗力系�?shù)的比例系數(shù)m大于7500kN/m4后，水平彈性支撐剛度對(duì)主梁的影響很少。
　　2.樁基剛度對(duì)主梁的影響
　　本節(jié)調(diào)整樁徑從0.2~2m，分別計(jì)算計(jì)算主梁中跨最大彎矩、中墩最大負(fù)彎矩、邊墩最大負(fù)彎矩，其樁基剛度的影響如圖6所示:
　　                        
　　由圖中可知,跨中最大彎矩、中墩最大負(fù)彎矩隨著樁基剛度變大而變大邊墩最大彎隨著樁基剛度變大而變小,最后都趨于穩(wěn)定。對(duì)于本橋當(dāng)樁徑大于1.2m后，樁徑增大基本上沒(méi)什么影響。
　　3.樁土作用土的彈性支撐剛度對(duì)樁基影響
　　本節(jié)用彈簧模擬地基土對(duì)樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據(jù)<<公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JDGD63-2007>>按”m法”計(jì)算,m值從500~30000KN/m4分別計(jì)算樁基樁頂最大彎矩，其土的彈性支撐剛度影響如圖7所示:
　　                      
　　　由圖中可知,樁頂最大彎矩隨著水平彈性支撐剛度變大而變小,最后都趨于穩(wěn)定。當(dāng)m值接近10000kN/m4,樁頂彎矩都趨于穩(wěn)定。
　　5.結(jié)論
　　(1)、門(mén)式剛構(gòu)橋相比同等跨徑的梁更加經(jīng)濟(jì)。
　　(2)、土的彈性支撐對(duì)門(mén)式剛構(gòu)橋影響不大，建議樁頂附近地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m大致在8000左右。
　　(3)、樁徑大小對(duì)門(mén)式剛構(gòu)橋有一定的影響，防止樁徑過(guò)小，同時(shí)樁基不應(yīng)過(guò)大，樁徑大于某個(gè)值時(shí)后，影響就很小，實(shí)際工程上應(yīng)考慮這方面的影響。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范人民交通出版社
　　[2]GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2002
　　[3]JGJ94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]．1994
　　[4]JGJ12O-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]．1999
　　[5]劉建航，候?qū)W淵．基坑工程手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997
　　[6]胡人禮．橋梁樁基礎(chǔ)分析和設(shè)計(jì)[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1987．
　　[7]樁基工程手冊(cè)編寫(xiě)委員會(huì)．樁基工程手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995