摘要:本文利用midas的板、梁單元建立空間模型，根據m法模擬樁土作用。利用空間模型得到的彎矩計算結果與梁單元模型計算結果比較分析，得出相關結論：門式剛構橋內力比同等跨度要小，能夠有效節省材料，減低造價；同時得出樁頂附近土m值大約在8000kN/m4左右，對門式剛構橋受力最為有利。
　　關鍵詞:門式剛構橋，midas，m法，樁土作用
　　1前言
　　
　　龍眼橋位于主線與龍眼路(規劃虎門大道)相交的平交口上，橋梁標高變化劇烈，如上部采用預制結構，則施工難度較大。為方便施工，新建龍眼橋采用現澆門式剛構橋。橋跨與規劃上下游相接橋梁相同，為2孔凈9m。
　　橋梁長20.14m，跨徑組合2x9m。橋梁寬110.08m，共分為七個節段，每個節段長度10～19m不等。上部結構梁高70cm，調平層厚10cm，橋面鋪裝為10cm瀝青砼。框架臺高約5m，臺厚70cm，基礎為單排樁接承臺，鉆孔灌注樁基礎，樁徑120cm，樁基按照摩擦樁設計。設計荷載為公路I級。
　　2計算模型的建立
　　本文利用有限元midas軟件,建立兩跨門式剛構橋的模型，并且進行內力分析。門式剛構橋主梁、墩臺按照板單元模擬；承臺、樁基按照梁單元模擬。計算模型中考慮了樁土作用,用彈簧模擬地基土對樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據<<公路橋涵地基及基礎設計規范JDGD63-2007>>按“m法”計算[1]。全橋計算模型如圖1所示。
　　                
　　
　　                                                            圖1全橋計算模型圖
　　3m法介紹
　　地基系數m法是國內比較盛行的計算水平荷載樁位移和內力的方法，被納入現行建筑地基基礎設計規范[2]、建筑樁基技術規范[3]、建筑基坑支護技術規程[4]和公路橋涵地基與基礎設計規范[1]。由于在水平荷載作用下，樁身因產生變位而受到周圍巖土介質的約束反力(抗力)，m法實際上是假設樁側巖土介質抗力系數(地基系數)隨深度按比例系數m線性增長，但嚴格說m值并不只是與樁側巖土的剛度有關，還與樁的剛度、樁型、成樁方法和樁項容許位移有關。原則上，宜通過在樁身穿越的各土層中做相應的水平載荷試驗來確定各層土的m值，但這樣做是不現實的，現有的試驗方法是根據樁在地面以下幾倍樁徑范圍內地基土的類型和土質條件統計得出的m值。由于試驗費用和時間等原因，工程界普遍是按規范給出的經驗值取用。一些工程設計人員為計算簡便，常取一不變的比例系數m，在基坑支護樁設計[5]中也有在一定深度范圍以上取一比例系數m，而在該深度以下抗力系數取為常數。然而，實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變化規律理應不同。因此，不針對巖土成層分布的具體情況，而做過于簡化的處理，其設計計算結果與實際情況難免會出現較大差異。對于多層地基情況，國內規范[1]和文獻[6][7]大都建議采用地基比例系數換算法，即將多層地基比例系數換算為一個相當于均質土層時的比例系數，然后按均質地基求解樁身位移和內力。試驗和大量實例計算表明：靠近地面或最低沖刷線一定深度hm范圍內的土質好壞對于樁側土抗力大小影響很大，因此，現一般采用hm深度內各土層地基系數按厚度的加權平均值m(或使換算前后地基系數面積相等)作為樁的整個埋入深度內的m值。如圖1所示，當樁周有3種土層時，根據換算前后地基系數圖形面積在hm深度內相等，可得：

            
　　                       
　　
　　正如文獻[5]指出，上述換算存在一些問題，因此，采用現行規范建議的地基系數換算法，將導致樁身位移和內力計算誤差較大，且實例計算表明常是偏于不安全的。因此，該文獻中提出了按樁身撓曲線加權換算法，可有效提高分析計算精度。然而，無論哪種換算法，在計算樁身不同深度處的位移和內力時仍需按傳統m法根據換算深度αZ表手算。為客觀地反映成層地基的實際抗力特性，以提高設計計算結果的可靠度和計算效率，可采用有限差分法和彈性地基桿系有限單元法。
　　4.計算內力分析及一些影響因素討論
　　4.1內力分析
　　1.在汽車活載+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:雙跨門式剛構橋橋墩上部出現負彎矩、跨中正彎矩，跨中最大彎矩為624kN.m,同等跨徑的簡支梁按照M=ql2/8+1/4Fl計算可得1020KN,大大減少了跨中彎矩，而且樁基樁頂彎矩最大，沒有在土中擴大，彎矩相比同等臺高要小，因此能減小結構尺寸，大大降低了工程造價。
　　4.2影響因素
　　1.樁土作用土的彈性支撐剛度對主梁影響
　　本節按照彈簧模擬地基土對樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據<<公路橋涵地基及基礎設計規范JDGD63-2007>>按“m法”計算,m值從500~30000KN/m4分別計算主梁中跨最大彎矩、中墩最大負彎矩、邊墩最大負彎矩，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,最后都趨于穩定。特別是在當地基水平抗力系數的比例系數m大于7500kN/m4后，水平彈性支撐剛度對主梁的影響很少。
　　2.樁基剛度對主梁的影響
　　本節調整樁徑從0.2~2m，分別計算計算主梁中跨最大彎矩、中墩最大負彎矩、邊墩最大負彎矩，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,最后都趨于穩定。對于本橋當樁徑大于1.2m后，樁徑增大基本上沒什么影響。
　　3.樁土作用土的彈性支撐剛度對樁基影響
　　本節用彈簧模擬地基土對樁基的彈性支撐,彈簧剛度根據<<公路橋涵地基及基礎設計規范JDGD63-2007>>按”m法”計算,m值從500~30000KN/m4分別計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,最后都趨于穩定。當m值接近10000kN/m4,樁頂彎矩都趨于穩定。
　　5.結論
　　(1)、門式剛構橋相比同等跨徑的梁更加經濟。
　　(2)、土的彈性支撐對門式剛構橋影響不大，建議樁頂附近地基水平抗力系數的比例系數m大致在8000左右。
　　(3)、樁徑大小對門式剛構橋有一定的影響，防止樁徑過小，同時樁基不應過大，樁徑大于某個值時后，影響就很小，實際工程上應考慮這方面的影響。
　　參考文獻
　　[1]JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎設計規范人民交通出版社
　　[2]GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S].2002
　　[3]JGJ94-94建筑樁基技術規范[S]．1994
　　[4]JGJ12O-99建筑基坑支護技術規程[S]．1999
　　[5]劉建航，候學淵．基坑工程手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1997
　　[6]胡人禮．橋梁樁基礎分析和設計[M]．北京：中國鐵道出版社，1987．
　　[7]樁基工程手冊編寫委員會．樁基工程手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1995