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[摘 要]本文通过对某工程实例的计算分析，总结了一套计算高墩承载能力的方法，为类似工程提供指导和借鉴。
[关键词]高墩；承载能力；偏心矩增大系数；计算长度；稳定系数；临界压力
中图分类号：U443.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0300-02
1、理论依据
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004》的规定，矩形截面偏心受压构件的正截面抗压承载力应符合下面规定：
式中，Nd为轴向力组合设计值，为轴向力作用点至截面受拉边或受压较小边纵向钢筋和合力点的距离；为轴向力对截面重心轴的偏心矩，；为相应于轴向力的弯矩组合设计值；为偏心受压构件轴向力偏心矩增大系数。
在高速公路高墩截面的配筋设计实践中，结构经过线弹性计算分析，并进行荷载效应组合得到控制截面的轴力和弯矩后，用以上规范公式进行高墩构件的截面抗弯设计。由于高墩钢筋混凝土结构长细比较大，其几何非线性行为（包括大位移效应和P-？效应）影响显著，因此，计算时应同时考虑材料非线性和几何非线性的影响。按照《桥规》的计算方法，主要归结为偏心矩增大系数的计算。《桥规2004》第5.3.10点规定：在计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比的构件，应考虑构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心矩的影响。矩形、T形、I形和圆形截面偏心受压构件的偏心矩增大系数按下式计算：
式中，为构件的计算长度，根据构件两端的支座条件确定；为荷载偏心率对截面曲率的影响系数；为构件长细比对截面曲率的影响系数。
由上述公式可知，偏心矩增大系数的计算，关键是计算长度的确定，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 5.3.1条（2）款给出理想结构的计算长度；实际工程中，对下端桩土支撑，上端支座或刚构将墩梁连接的桥梁墩柱边界条件不能简单地归结为固结、自由、铰接、滑动连接等理想边界，因此需进一步研究柔高墩的压弯构件的计算长度。偏压构件的计算长度，是计算偏压构件的重要系数之一。现拟通过某工程实例，通过MIDAS建立全桥模型，采用弹性特征值屈曲分析确定计算长度。
2、工程概况
某桥梁跨越两处丘陵间洼地及一地方道路，洼地地势较平坦。结合桥位处地形、地质和场地条件等特点，考虑工程的安全性、经济性、施工可行性及景观性，桥梁上部结构采用预应力混凝土先简支后结构连续、连续刚构组合T梁。桥墩采用柱式墩、箱型墩、桩基础，桥梁全长448m，桥跨布置为11×40=440m。桥梁空心墩最大墩高50米，盖梁高3.0m，厚3.0m，盖梁长12.45m，墩身宽5m，悬臂3.725m。墩厚2.8m，壁厚0.5m，承台厚3m，桩基采用4根直径1.8m的钻孔灌注桩，断面见图1：
3、计算分析
由欧拉临界力计算公式，可知当EI一定的时候，与成反比；所以的计算数值决定了的取值。
通过MIDAS建立两联全桥模型，上部T梁、翼缘板及横隔板按梁格建立，考虑下部桩基的桩土作用。计算模型如图2：
利用midas直接计算出首次出现面内及面外失稳时的稳定系数。根据《公路斜拉桥设计细则》JTG/T D65-01-2007 6.2.9条2款，“斜拉桥结构体系第一类稳定，即弹性屈曲的结构稳定安全系数应不小于4。按此判断结构稳定性是否满足要求。
若稳定满足要求，根据计算所得稳定系数，计算桥墩的临界压力，进而计算出桥墩承受面内（纵桥向）面外（横桥向）弯矩时的计算长度。按计算得到计算长度。
通过稳定计算，对不同工况的失稳模态及稳定特征值K进行比较，得出最不利工况下前3阶稳定系数分别为：K1=12.5，K2=13.7，K3=17.6。稳定系数均大于4，满足要求。提取该工况下桥墩的最大内力，计算得到构件的计算长度偏心矩增大系数。如表1：
由以上计算结果，便可对桥墩截面顺桥向和横桥向的承载能力进行计算和配筋。
4、总结
由以上分析可知，高墩构件作为一种长细比较大的构件，其进行截面抗弯设计时，应同时考虑材料非线性和几何非线性的影响，关键在偏心矩增大系数的计算。偏心矩增大系数的计算，关键是计算长度的确定。工程设计实践中，常常通过结构的稳定性分析，根据计算所得稳定系数，计算桥墩的临界压力，进而由歐拉临界力计算公式计算长度，再通过计算长度求得偏心矩增大系数，最终对截面进行抗弯设计。
参考文献
[1] 《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）.
[2] 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）.
[3] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.
[4] 《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）.
[关键词]高墩；承载能力；偏心矩增大系数；计算长度；稳定系数；临界压力
中图分类号：U443.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0300-02
1、理论依据
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004》的规定，矩形截面偏心受压构件的正截面抗压承载力应符合下面规定：
式中，Nd为轴向力组合设计值，为轴向力作用点至截面受拉边或受压较小边纵向钢筋和合力点的距离；为轴向力对截面重心轴的偏心矩，；为相应于轴向力的弯矩组合设计值；为偏心受压构件轴向力偏心矩增大系数。
在高速公路高墩截面的配筋设计实践中，结构经过线弹性计算分析，并进行荷载效应组合得到控制截面的轴力和弯矩后，用以上规范公式进行高墩构件的截面抗弯设计。由于高墩钢筋混凝土结构长细比较大，其几何非线性行为（包括大位移效应和P-？效应）影响显著，因此，计算时应同时考虑材料非线性和几何非线性的影响。按照《桥规》的计算方法，主要归结为偏心矩增大系数的计算。《桥规2004》第5.3.10点规定：在计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比的构件，应考虑构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心矩的影响。矩形、T形、I形和圆形截面偏心受压构件的偏心矩增大系数按下式计算：
式中，为构件的计算长度，根据构件两端的支座条件确定；为荷载偏心率对截面曲率的影响系数；为构件长细比对截面曲率的影响系数。
由上述公式可知，偏心矩增大系数的计算，关键是计算长度的确定，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 5.3.1条（2）款给出理想结构的计算长度；实际工程中，对下端桩土支撑，上端支座或刚构将墩梁连接的桥梁墩柱边界条件不能简单地归结为固结、自由、铰接、滑动连接等理想边界，因此需进一步研究柔高墩的压弯构件的计算长度。偏压构件的计算长度，是计算偏压构件的重要系数之一。现拟通过某工程实例，通过MIDAS建立全桥模型，采用弹性特征值屈曲分析确定计算长度。
2、工程概况
某桥梁跨越两处丘陵间洼地及一地方道路，洼地地势较平坦。结合桥位处地形、地质和场地条件等特点，考虑工程的安全性、经济性、施工可行性及景观性，桥梁上部结构采用预应力混凝土先简支后结构连续、连续刚构组合T梁。桥墩采用柱式墩、箱型墩、桩基础，桥梁全长448m，桥跨布置为11×40=440m。桥梁空心墩最大墩高50米，盖梁高3.0m，厚3.0m，盖梁长12.45m，墩身宽5m，悬臂3.725m。墩厚2.8m，壁厚0.5m，承台厚3m，桩基采用4根直径1.8m的钻孔灌注桩，断面见图1：
3、计算分析
由欧拉临界力计算公式，可知当EI一定的时候，与成反比；所以的计算数值决定了的取值。
通过MIDAS建立两联全桥模型，上部T梁、翼缘板及横隔板按梁格建立，考虑下部桩基的桩土作用。计算模型如图2：
利用midas直接计算出首次出现面内及面外失稳时的稳定系数。根据《公路斜拉桥设计细则》JTG/T D65-01-2007 6.2.9条2款，“斜拉桥结构体系第一类稳定，即弹性屈曲的结构稳定安全系数应不小于4。按此判断结构稳定性是否满足要求。
若稳定满足要求，根据计算所得稳定系数，计算桥墩的临界压力，进而计算出桥墩承受面内（纵桥向）面外（横桥向）弯矩时的计算长度。按计算得到计算长度。
通过稳定计算，对不同工况的失稳模态及稳定特征值K进行比较，得出最不利工况下前3阶稳定系数分别为：K1=12.5，K2=13.7，K3=17.6。稳定系数均大于4，满足要求。提取该工况下桥墩的最大内力，计算得到构件的计算长度偏心矩增大系数。如表1：
由以上计算结果，便可对桥墩截面顺桥向和横桥向的承载能力进行计算和配筋。
4、总结
由以上分析可知，高墩构件作为一种长细比较大的构件，其进行截面抗弯设计时，应同时考虑材料非线性和几何非线性的影响，关键在偏心矩增大系数的计算。偏心矩增大系数的计算，关键是计算长度的确定。工程设计实践中，常常通过结构的稳定性分析，根据计算所得稳定系数，计算桥墩的临界压力，进而由歐拉临界力计算公式计算长度，再通过计算长度求得偏心矩增大系数，最终对截面进行抗弯设计。
参考文献
[1] 《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）.
[2] 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）.
[3] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.
[4] 《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）.