桥涵台背刚—柔过渡结构的ansys数值模拟及分析

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1、桥涵台背刚—柔过渡结构的ANSYS数值模拟及分析：桥涵台背回填是公路路基填筑问题中的一个难点，本文引入刚—柔过渡结构的设计思想，通过在台背回填体中设置过渡结构来平顺结构体与路堤间的沉降差，并采用ANSYS有限元分析软件对过渡结构进行数值的模拟与分析，进一步说明过渡设计的作用。　　关键词：台背回填，刚—柔过渡，数值模拟　　　　前言　　桥涵台背回填一直是公路路基填筑问题中的一个难点，其主要原因是由钢筋混凝土浇筑而成的台墙结构与由碎石、粘土等材料回填碾压而成的路基结构之间存在着较大的刚度差，从而使两者在相同的荷载条件作用下，产生了较大的塑性变形差，造成了

2、车辆在行驶至桥涵台处某些位置时，产生了所谓的“跳车”现象。“跳车”不但直接影响了车辆行驶的平顺性和安全舒适性，而且还对车辆和桥梁的使用寿命造成了严重伤害。因此，如何有效地控制台墙结构与路基结构之间的沉降差，是解决台背回填问题的关键。　　目前解决台背回填问题的方法主要是：提高台背地基的固结度和承载力；提高台背回填材料的刚度。现在较为先进的处理方法是采取一定长度的刚—柔性过渡结构段，实现桥涵台和路堤刚度之间塑性变形的平顺过渡。　　刚—柔过渡结构的设计思想及基本类型　　刚—柔过渡结构的设计思想　　刚—柔过渡结构的设计思路是使刚度差在路基和结构物之间的一定

3、范围内渐变，使得塑性变形相对差异也在这一范围内渐变，使之回填体与桥涵台以及回填体内部任何一点、甚至是回填体与路基之间刚度差不致于引起跳车，从而保证桥台与路堤之间的平稳过渡[蒋功雪.应用“刚柔过渡”原理治理桥头跳车质量通[J].湖南交通科技:2002.1278-82]。　　通过整体考虑桥台、路基和回填体三者的刚度差异，使回填体过渡段刚度有从桥台刚度渐变至路堤结构刚度的趋势，将台阶式沉降转换成较小的坡度差，控制沉降差，防止“跳车”现象的发生[蒋功雪.采用半刚性材料治理桥头跳车质量通病[J].中南公路工程:2002.12:51-54.]。见图1。　　　　

4、　　　　图1刚度渐变图　　刚—柔过渡结构的基本类型　　a.填料土工格栅分层加筋结构　　土工格栅是高速公路上一种比较常见的材料，利用土工X对土体颗粒的约束作用，增强土体颗粒与土工格栅接触面之间的咬合力，从而充分发挥土工格栅的加筋作用，有效提高土体的承载能力和抗变形能力[黎军.土工格栅（X）处理桥头跳车的应用及探讨广东[J].公路交通:2001年增刊71期80-81.　　4张涌，杨广庆.高等级公路路基病害分析与防治技术[M].人民交通出版社:2007年　　5牛思胜.黄土地区台后跳车柔性搭板处治技术研究:[M].西安：长安大学，2006　　6公路路基施工

5、技术规范JTGF10-2006　　]。　　填料土工格栅分层加筋结构是指在分层回填级配碎石土的同时，自基坑底部开始分层铺设长度逐渐增加的土工格栅，逐层压实，使其与级配填料紧密结合。另外，土工格栅的一端还需锚固在台背结构上，进一步增强薄弱处的土体强度。见图2。　　　　　　　　图2填料土工格栅设计示意图　　b．填料过渡台阶结构　　桥涵台背与回填体接触部位是结构刚度变化最大的部位，也是机械比较难以到达夯实的部位，因此在回填区域采用由碎石、片石、水泥砂浆等原材料砌成浆砌片石台阶，逐步向路堤方向过渡。通过一层一层下降的台阶级数，使刚度能有一个逐渐过渡的趋势，平

6、顺由刚度差异所造成的不均匀沉降。　　过渡台阶根据不同的桥涵台台高，设计相应的台阶级数及每级台阶的高度与宽度。另外，浆砌片石原料取材方便、价格低廉、易于施工，其强度也较高，因此是较好的过渡性材料选择。图3为填料过渡台阶设计示意图。　　　　　　　　图3填料过渡台阶设计示意图　　c．填料搭板结构　　台背后紧靠的路堤段由于刚度突变大，压实质量不易控制，往往沉降量比较大。在结构物与路堤间设置搭板，增强过渡段路堤刚度，减小沉降，以保证台后路堤一定长度范围内的沉降差不超出控制值。同时，搭板结构能够有效减缓车辆驶下桥面时对路堤面层的冲击力，使得原本刚度较小的柔性路

7、堤结构受到一定的保护。图4为填料搭板结构设计示意图。　　　　　　　　图4填料搭板结构设计示意图　　刚—柔过渡结构的数值模拟及分析　　本文结合温州某高速公路台背回填的工程实况，采用ANSYS有限元分析软件，对设计的填料过渡台阶搭板的结构形式进行模拟，分析过渡结构对于控制沉降差所起的作用，同时研究过渡结构的优化设计问题。参照工程点的勘察报告以及规范要求，数值模拟参数选取见表1。　　表1工程点数值模拟参数取值　　材料　　物理量碎石土浆砌片石钢筋砼　　C（kPa）31.24001500　　内摩擦角（°）415065　　E（MPa）70250028000　　

8、重度（kN）222325　　泊松比0.350.250.167　　数值模型的建立　　a．计算模型　　计算模型参数：桥台高度9