高跨比（梁高与跨径的比值）

定义

高跨比指桥跨结构的主梁、主拱等的高度与桥梁跨径之比。

特点

高跨比是影响结构刚度的一个重要因素。箱梁桥的跨度和宽度均趋于增加，而箱梁构造尺寸却要求兼顾轻型美观的原因设计得越来越小，从而增加了箱梁桥的正常使用性能（裂缝和变形）对各种荷载效应的敏感性。

关系及位置

当今能源问题日趋成为经济和社会稳定的重要因素，在现在全球能源供应越来越紧张的条件下，能源的储备显得越来越重要。

盐岩因其良好的低渗透性、流变性和损伤自愈合性等优良特点，成为自然条件下储存高压气体的良好场所，从1915年加拿大建造了世界上第一个储气库以来，盐岩已经成为公认的高压气体储存良好场所，目前世界天然气地下储气库中利用枯竭气藏(油藏)的气库425座，含水层气库82座，盐穴气库42座，废矿井改造储气库3座。

天然气地下储气库具有储存量大、调节范围广、安全可靠、经久耐用、运行成本低等优点，已经成为天然气消费大国储存、采集、调配天然气的基础设施，是大型输气干线系统配套不可缺少的重要组成部分。

随着西气东输管网建设，为了保证平稳供气和国家战略需要，建设地下储气库的问题受到越来越多的关注。盐岩储气库由于具有密封性好，利用率高，注气时间短，垫层气用量少，需要时可以将垫层气完全采出等优点，在世界各国能源储存(石油、天然气)中占有很重要的位置。

近些年来研究人员对盐岩性质进行了大量研究，得到了很多资料，这些资料较好的反映了盐岩性质。在这些资料的基础上一些研究人员研究了地下储气库形状以便很好的反应地下储气库较稳定的形状。

在实际情况中，盐岩储气库会受到地应力影响，但以往研究并没有太多考虑地应力因素，没有分析盐岩储气库高度、跨度比值与地应力的关系。

本文在考虑初始地应力场基础上，分析溶腔稳定状态，研究天然状态下，盐岩经过应力释放后，盐岩溶腔稳定状态的几何参数，为进行应力释放条件下储气库稳定性分析提供理论依据。

如果φ<α<90°，τ为小于零的数，这说明了围岩受斜向下拉力作用，σ随着α增大逐步变小，即与α成反比关系。当α=φ，微元体所受切向力变为零，但所受的指向腔体的法向应力达到最大。

当α<φ受斜向上拉力作用，而且此时σ随着α减小逐步变大，即与α成反比关系。所以在α=φ的位置，围岩不但所受指向腔体的压力达到最大，而且两侧岩体受到不同方向拉力作用，很容易形成裂隙。

如果在α=φ的位置存在夹层，由于盐岩、夹层物理力学性质不同，盐岩和夹层在此情况下容易发生裂纹扩展现象，这将导致溶腔破坏和盐岩体向空间运动，不利于腔体的稳定和长期运行。

由于α>90°，所以，当溶腔向下凹陷状态时，沿切线的剪应力逐渐增大，而垂直切线的法向应力逐渐减小。在α=90°+φ位置，τ达到最大，σ为零；当α>90°+φ，σ小于零，此时腔壁受到指向围岩的压力作用。

所以在α=90°+φ位置，由于法向应力方向改变，切向应力达到最大，容易发生裂纹扩展现象，这将导致溶腔破坏和裂纹扩展现象的发生。

根据现场资料，潜江凹陷白垩系～第三系具两套含盐系地层:白垩系～下第三系下始新统新沟嘴组为第一含盐岩系，上始新统潜江组为第二含盐岩系;其中潜江凹陷为江汉盆地潜江组沉积时期的成盐中心。

自下而上分别为下第三系潜江组、荆河镇组、上第三系广华寺组及第四系平原组。潜江凹陷沉积了厚达4200m的盐岩系地层，盐层埋深一般为870～3600m，固体盐岩分布面积达1800km。

根据潜江盐岩和泥岩的力学试验，参考国内外盐岩的力学特性参数，最终确定进行数值计算所需参数如下，密度为2．200g/cm，弹性模量为6．40GPa，泊松比为0．25，凝聚力为2．40MPa，内摩擦角为35°。

对所建立的数值计算结构模型进行了必要且合理的简化处理:岩层均近似视为各向同性均质连续体，且为弹塑性体。根据分析问题需要和相应参考文献建模方法，采用平面应变分析模型，在建模过程中，完整地描述所给定的模型，包括模型的几何模型、材料特性、边界条件和载荷等，本构模型为弹塑性本构模型。

根据工程具体情况，应用储气库半径为50m，考虑在盐岩溶腔周围250m以外地方，溶腔的影响十分微弱，因此计算模型采用如下边界条件：模型的上、下表面250m厚度岩层为应力边界条件，在左右和下部边界进行约束，即不允许在这些部位有法向位移，溶腔对它们的影响可以忽略。

应用有限元软件ADINA进行数值模拟试验研究，选取储气库竖直剖面为圆形。储气库形成后围岩应力重分布，洞室围岩径向应力释放，环向应力增加，在围岩的不同部位出现不同程度的应力集中。

根据数值模拟研究成果。能够得出:根据图6，在洞室的切线斜率为λ或者－λ位置应力集中最大，根据图7在此部位也是应变增大最明显部位。

根据图8洞顶底出现较高有效应力集中现象，洞壁两侧出现应力集中现象。而且根据图6、7和8能够看出，当φ<α<90°，围岩受拉力作用，σ随着α增大逐步变小，在α=φ的位置，微元体所受切向力变为零，但法向应力达到最大。

α<φ则受拉力作用，σ随着α减小逐步变大，即与α成反比关系。这与理论分析相同，而且在储气库下半部分进行分析，同样得出与力学分析相同成果。

所以溶腔内壁向上凸起时，溶腔不仅有向空间运动可能，而且在壁面受斜向下拉力作用。当α=φ，垂直壁面的压力达到最大，但所受切向力变为最小，α<φ，腔体围岩受到斜向上拉力作用，而且在此情况下围岩有向空间塌落的可能。

在α=90°+φ位置，溶腔围岩裂隙增多，不利于气体储存。

取值

随着我国交通事业的快速发展，梁桥以其独特的优势如雨后春笋般广泛应用于祖国的桥梁建设中，在采用了新技术和新材料成为预应力混凝土连续刚构桥后，梁式桥的应用范围更加广泛，最大跨径已经跨域到301m，在大跨度桥梁建设中也展露头角，但是就在梁式桥的发展风声水起的时候，一个致命的因素成为梁式桥发展的瓶颈，那就是自重，梁式桥的自重过大，以至于整个桥梁用于承担自身重力的比重就占了所有承载力的一大部分，要想减轻自重，除了单纯从使用的材质上入手外，还应考虑结构内部各参数相互间的影响，其中高跨比的取值就是一个不可忽视的方面。

随着更多大跨度预应力混凝土刚构桥的建成，设计人员拥有了丰富的经验可以借鉴，但对于高跨比的取值，还没有一个明确的范围。

1.1支点高跨比现状

在国内，预应力混凝土连续刚构桥支点高跨比的取值大体分布在0.0502～0.0599之间，且取值大体在0.0502附近，其平均值为0.0588;在国外，预应力混凝土连续刚构桥支点高跨比的取值的分布区间范围比国内要更广泛一些，从收集的桥梁H支/L值看，分布置于1/25～1/14.3之间，主要也分布于1/20～1/16.7之间，其平均值为1/19，比国内桥梁H支/L参数偏小，为国内的90.6%。

随着设计和施工工艺的进步，最近几年新建的连续刚构桥梁中，H支/L的值并没有减小或增大的趋势。如我国1997年建成的华南大桥H支/L值为1/20，近期建成和拟建的多座刚构桥中，H支/L仍分布于1/20～1/16.7之间。

同种跨径时，国外桥梁高跨比的选择比我国设计人员选取的值要小。该数值的变化对连续刚构桥梁有多大的影响目前尚未有准确的说明。因此，研究连续刚构桥梁的支点高跨比势在必行。

1.2跨中高跨比现状

国内部分刚构桥箱梁跨中高跨比H中/L值大致分布于1/40～1/73之间，最大值为1/40，最小值为1/73，且集中分布于1/55～1/66.7之间，其平均值为1/58;国外部分刚构桥箱梁跨中高跨比H中/L的值大体分布于1/27.8～1/91之间，最大值为1/27.8，最小值为1/91，且集中分布于1/40～1/67之间，其平均值为1/50，比我国H中/L值大。其平均值为我国H中/L平均值的115%，国外桥梁的跨中高跨比取值要比国内大的多。

通过分析可以得出以下结论。

(1)支点高跨比研究时，从近年国内外桥梁资料可知，国内与国外针对于支点高跨比的取值与桥梁的长度之间并没有直接的关系，一般情况下国内在对支点高跨比进行取值时，范围基本控制在0.0667～0.0502之间，且尽量靠近0.0562。在研究时发现，随着支点高跨比取值的降低，支点处桥梁主梁横截面的高度也随之降低，则该处所受到的力和1/2桥梁处主梁横截面所受到的力朝着不利的方向发展，由此可知不宜采用较小的支点高跨比；而另一方面，随着桥梁主梁支点高跨比取值的升高，桥梁的总造价也随之升高，桥梁在施工阶段所受到的拉应力也随之升高，权衡利弊，得出桥梁支点的高跨比取值大致在0.0625～0.0405之间时各方面都能相对适宜一些，若桥梁主跨的长度比较大时，支点高跨比的取值设置在0.0405～0.0505之间较为合适，若桥梁主跨的长度较小时取0.0502～0.0667。

(2)跨中高跨比研究时发现：桥梁主跨的长度与桥梁的跨中高跨比有着密切的联系，两者之间的变化具有一定的规律性。选取较大的跨中高跨比时，主梁上缘受力较好；反之选取较小的跨中高跨比时，主梁下缘受力较好；从结构受力的角度出发，跨中高跨比取值在1/30～1/72之间都可行，考虑到减轻主梁自重的因素，建议跨度较大时取1/60～l/72，跨度较小时取1/45～1/60。

(3)由国内国外取值经验的差异不难发现：国外高跨比取值范围比较宽广，并且H支/L一般较国内小，而H中/L较国内大。