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时间:2020-03-17
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1、倾斜桥墩的安全性评估 【摘要】位于贵州省松桃至从江高速公路铜仁坝灌溪至玉屏大龙段的尖坡Ⅱ号大桥由于施工原因,导致左幅1#墩左侧立柱横向倾斜。本文建立有限元模型对其进行计算,同时与竖直桥墩计算结果对比,研究其倾斜度的影响;并分别建立全桥模型及单独墩柱模型,通过对比,提出一种桥墩有限元计算的简化方法。 【关键词】桥墩;倾斜;安全性;简化计算方法 1基本概况 尖坡Ⅱ号大桥左幅为5×40米、右幅设6×40米预应力混凝土先简支后结构连续T型梁。由于施工原因,左幅1#桥墩左侧立柱自横系梁之上,向桥梁外侧发
2、生横向倾斜,立柱顶最大倾斜6cm[[[]沈铁钢,冯栋发,沈芳.上塘高架桥131号~134号墩梁病害分析研究[J].山西建筑.2009(31).]]。左幅1#墩左侧立柱23m,右侧立柱23.34m,横坡5%。其结构型式见下图: 本桥横向共5片T梁,桥面布置为0.5m(防撞护栏)+11.25m(三车道)+0.5m(防撞护栏)=12.25m。结构体系采用先简支后结构连续。T梁采用C50混凝土,桥墩采用C30混凝土。 2有限元模型 采用有限元程序Midas分别建立如下三个有限元模型: 模型A:左幅全桥
3、模型,1#墩左立柱竖直; 模型B:左幅全桥模型,1#墩左立柱倾斜; 模型C:左幅1#墩模型,左立柱倾斜。 全桥模型A、B上部结构为T梁,采用梁格法进行模拟,在1#墩位置,各片T梁均传力至盖梁上相应位置。 1#墩有限元模型采用梁单元分别模拟其盖梁、墩柱及系梁。左侧立柱在系梁以上部分逐渐线性像外侧偏移6cm。 假设1#墩承受的自重荷载范围为单跨即40m。通过计算,单跨T梁自重为6500KN,则各支座相应位置作用荷载为1300KN; 每片T梁承受二期铺装为10.6KN/m,则各支座相应位置作用荷
4、载为10.6×40=421KN; 两侧混凝土防撞护栏为9.1KN/m,由边梁承受,则边支座相应位置作用荷载为9.1×40=364KN; 汽车荷载传至相应支座位置处的荷载值需通过影响线进行荷载分布。由于墩柱受力主要表现为小偏心受压构件,因此可以按照立柱轴力影响线进行活载分布。1#墩左立柱轴力影响线如下图: 因此,最不利活载分布为横向靠左布置3车道,纵向在第1、2跨内满布活载。按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)之规定,计算盖梁上靠左3个支座对应位置分别作用740KN的竖向荷载,以
5、代表活载的最不利分布。 3桥墩倾斜安全性验算 采用有限元模型B,考虑温度荷载、恒荷载、汽车荷载及混凝土收缩、徐变等,对1#墩进行强度验算[[[]祝小龙,赵春花,周成涛.某高架桥桥墩倾斜成因分析及安全评估[J].中外公路,2013(04).]],此处仅列出1#墩左立柱墩顶、中央高度、系梁位置及墩底4个位置的验算结果。验算结果如下表所示,由结果可知,1#墩左立柱最小强度系数为1.9>1,故墩柱强度满足规范要求。 4桥墩倾斜对安全性影响 采用有限元模型A,考虑荷载同有限元模型B,对1#墩进行结构强度
6、验算,其验算结果见下表。通过与表1中数据对比,墩柱顶部及系梁以下,桥墩倾斜与否对其受力影响较小,仅在立柱中央高度位置影响较大;桥墩倾斜导致立柱中央高度附近外荷载效应增大16%。 5桥墩验算简化方法研究 如上所述,有限元模型C仅建立桥墩的有限元模型,对其上部结构传下的恒荷载简化后加载与盖梁上支座对应位置;对上部结构传下来的活荷载,通过计算桥梁纵向及横线的影响线,按照影响线进行活载加载。 现采用有限元模型C对左立柱进行强度验算,验算结果如下表所示。通过与表1即全桥有限元模型(考虑桥墩倾斜)计算结果对
7、比,单独建立的桥墩有限元模型计算结果与全桥模型计算结果较为接近,最大相差12%。由此,可以认为本文所采用的单独桥墩有限元模型简化计算方法是可行的。 6结论 本文以贵州省松桃至从江高速公路铜仁坝灌溪至玉屏大龙段的尖坡Ⅱ号大桥实例,对全桥左幅1#墩左立柱进行强度验算。并建立三个相应对比模型与之对比。本文结论如下: (1)本桥左幅1#墩左立柱横向倾斜6cm对其安全性未产生严重后果,结构为安全可靠。 (2)桥墩立柱横向倾斜6cm对墩柱受力影响较明显,最大影响达16%。 (3)仅建立桥墩有限元模型,上
8、部结构恒载按照相应分配方式加载至盖梁相应位置;活载通过横、纵向影响线加载方式加载至盖梁相应位置的简化方法是简单可行的。
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