桥梁稳定（精选5篇）
桥梁稳定 篇1
贵州省地处云贵高原, 境内山多地少, 地形起伏较大。桥梁跨越处地形多为“V”或“U”状的峡谷, 地势十分险峻, 两岸常为陡崖悬壁[1]。本文介绍的桥梁位于黔中水利枢纽库区, 桥梁横跨V型峡谷, 水库蓄水后水位升高约100m, 淹没桥墩两侧陡峭岸坡。
桥梁基础施工开挖两岸边坡, 会导致岸坡岩土内部应力重新分布和应力集中等效应, 使边坡失稳发生坍塌、滑坡, 形成失稳边坡[2]。桥梁建成使用, 桥梁荷载通过墩台和桩基传递给边坡, 增加的荷载可能造成边坡失稳, 而边坡的过大变形将可能导致桥体结构的破坏[3]。另一方面, 水库蓄水以后, 在水库水位不断升、降和波浪冲刷作用力下, 土质岸坡被掏刷、磨蚀、搬运, 个别地段因岸坡再造加上卸荷变形, 可能会发生地表裂缝甚至出现滑移, 危及岸坡上的桥墩安全[4]。对可能失稳的边坡, 设计时须进行稳定性分析, 并采取必要的防护措施, 及早地收坡保证边坡的稳定性, 确保施工阶段以及使用阶段桥梁安全。
1 工程概况
桥梁跨径布置为64.2m+110m+64.2m+25m。主桥为64.2m+110m+64.2m连续刚构桥, 横跨深112m的V型峡谷;综合考虑地质情况及技术可靠性, 避免在不良地质上修建超高桥台, 故设置25m引桥, 与主桥连成整体, 形成刚构-连续体系。桥梁位于黔中水利枢纽库区, 枯水季水位1233.0m, 库区蓄水后水位为1331.0m。
工程地处贵州高原西北部斜坡地带, 地形条件复杂, 属中等切割的侵蚀-剥蚀高中山地貌。两岸岸坡较高、较陡, 自然坡度为40°~70°。桥梁主墩高度分别为55m、49m, 设置在峡谷的砂岩岸坡上。主墩墩身采用钢筋混凝土双薄壁圆端形墩, 桥墩厚度为1.6m, 双薄壁墩中心距7.1m。承台厚4m, 平面尺寸为11.6m×15m, 基础采用6根直径2.5m的钻孔灌注桩, 按嵌岩桩设计。
2 桥址区工程地质概况
场区上覆地层为杂填土及粘土, 层厚约8m。基岩为砂岩, 分强风化亚层和中风化亚层, 强风化亚层较厚为11.2m, 持力层为中风化砂岩, 厚度较大, 岩体较完整。
场地地形较陡, 开挖形成临空面易发生局部滑塌。场地地表土层相对较厚, 下覆地层强风化砂岩体破碎, 岩质软, 当受到雨水等各种地质因素影响时, 岩体易软化、崩解。
根据施工便道和基础开挖所揭露的岩层情况发现, 该桥边坡虽岩层倾角较小, 但存在较多的竖向节理面, 且部分岩层夹泥, 覆盖层和基岩风化层较厚且稳定性较差。
当库区建成蓄水后, 库区地质、水文环境将会发生改变。在水的长期作用下, 将引起桥两岸覆盖层及强风化砂岩发生塌岸, 对桥墩及基础安全造成威胁。
3 边坡稳定性分析
本文采用不平衡推力传递法对桥墩基础边坡稳定性进行分析, 考虑库区蓄水的影响。
3.1 计算模型
首先根据边坡高度将边坡自上而下分1~6级, 每级边坡高度不大于8m, 各级边坡顶设置边坡平台, 除第5级边坡顶设置6m宽平台外 (施工便道) , 其余均设置2m宽平台。每级边坡坡率均为1∶0.75;横桥向边坡开挖也按顺桥向边坡方式开挖, 每8m为一级边坡, 边坡分级处设2.0m宽边坡平台。
3.2 滑坡剩余下滑力计算
按顺序自上而下计算各级边坡的剩余下滑力, 计算下级边坡下滑力时累计计入上级边坡的传递下滑力, 计算考虑水库蓄水的影响, 计入动水压力和浮托力, 不计承压水的浮托力、坡面外的静水压力、地震力等。按最不利滑面计算推力 (滑面倾角40°) 结果如表1。
计算结果表明边坡下滑力大于抗滑力, 边坡稳定性系数K<1, 属于不稳定边坡, 须进行边坡防护。
4 边坡防护处理措施
预应力锚索支护方案因其能够有效控制用地、减小开挖量, 被广泛应用于公路路基、桥梁工程边坡防护工程中, 本工程采用预应力锚索支护方案。
根据计算结果, 对第5级、6级边坡坡面采用预应力锚索格梁护坡防护, 第1级~第4级边坡采用挂网喷浆进行防护, 详见图3边坡防护纵断面设计图。
4.1 预应力锚索规格及布置
预应力锚索采用Φ15.2mm、公称抗拉强度1860MPa、面积139mm2钢绞线, 每根钢绞线极限张拉荷载259k N。
在设计中考虑自由段深入滑动面长度不小于1m, 锚索布置在滑坡前缘。锚固段长度与自由段长度之比A=0.5。单位长度锚索提供抗滑增量最大时的锚索下倾角为最优锚固角。锚固角一般采用下倾15°~30°。
4.2 设计锚固力及锚索间距
对锚固边坡进行稳定性计算时, 锚作用力可简化为作用于坡面上的一个集中力或作用于滑面上的一个集中力进行计算[5]。设计锚固力根据边坡剩余下滑力按下式确定:
式中:Pd—设计锚固力;
E—剩余下滑力;
φ—滑动面内摩擦角, 取16°;
α—锚杆与滑动面相交处的滑动面倾角, 取40°;
β—锚杆与水平面的夹角, 取25°。
确定单位宽度锚固力后根据下式计算锚杆体截面面积:
式中:K—安全系数, 取2.0;
锚杆体材料抗拉强度标准值, 取1860MPa。
按以上公式进行试算, 调整锚索间距及每束锚索内钢绞线数量, 直至加固后的边坡稳定性系数满足规范要求。根据试算结果, 每级边坡设计三排锚索, 锚索竖向间距3m, 横向间距3.8m, 每根锚索由6根Φ15.2mm钢绞线组成, 得到边坡加固后各级边坡的剩余下滑力如表2所示。
经计算采用预应力锚索加固后边坡稳定性系数K=1.32, 边坡稳定性满足规范要求。
4.3 锚固体及外锚结构
锚索锚固段置于中风化砂岩中, 预应力锚索与岩体间注浆材料采用M40水泥砂浆, 锚固段长度根据计算取地层与注浆体间粘结长度、注浆体与锚杆间粘结长度中较大值, 且不应小于3m。
根据被加固滑体边坡岩土情况, 采用格梁作为外锚结构, 锚头固定在格梁上。
5 结语
本文以贵州省黔中水利枢纽库区内某跨峡谷大桥为背景, 综合考虑施工中揭露岩层情况, 以及库区蓄水后对两岸边坡的影响, 采用规范公式对边坡稳定性进行分析。分析结果表明清除表层强风化层后按固定坡率分级开挖, 需进行边坡防护处理以保证边坡稳定性。结合地质情况及计算结果边坡防护选用预应力锚索支护方案, 防护后边坡稳定系数满足规范要求。
参考文献
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[3]周火明, 吴万平, 黄正加, 等.西南某桥基边坡稳定性及加固措施研究[J].长江科学院院报, 2009 (1) .
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[5]JTG D30-2004, 公路路基设计规范[S].
桥梁稳定 篇2
关键词：高速公路；软基处理；稳定性控制；监测
因为软土强度低，再加上高压缩等特点，在路堤筑基的时候就会产生路堤边坡失稳现象，尤其是高速路堤边坡现象发生较为频繁。因此把路堤的稳定性提高上去是一项重要的任务，目前提升路堤稳定性的形式比较多，但是他们都受投资和经济因素的影响，使用常规堆载预压处理方式是最优的方法。因此堆载预压施工的时候的稳定性是高速公路施工的核心问题，这和建设公司的经济效益和安全生产有直接关联，也是促进高速公路建设公司经管水平提升的关键所在。
1对软土路基实施处理的标准
对于软土路基的处理形式有多种，特别是高科技的广泛使用更加促进了这些方法的创新，然而对于方式的选择是我们首要关心的问题，我们要保证方法的科学适用性。通常选择的标准为：要考虑投资小、用地面积少、经济效益高、安全性能好等等问题。在方法的实际使用上一定要结合实际情况，例如地质环境、资源使用等等，要确保路基的建设实现资源占用少、资金投入少，而建设的效率和质量又可以实现最优。我们根据以往的软基处理技术来分析，要想使施工后的沉降现象杜绝，修补这个环节是一定要有的。所以对于软土的处理要综合当地的情况，进而选出一个最优的处理方法，这样可将沉降的风险降至最低。
2对高速道路桥梁软基处理施工的稳定性进行有效掌握的方案
2.1在监测的时候的稳定性控制
（1）经验值控制方式。软土地基加载需要许多仪器一起严格监控，在这个环节上监测信息发挥着重要作用，特别是对于施工工序的设置、施工方法的选择、反分析设计和设计水平的提高等方面意义重大。经验值控制是在加载的时候对地基应力（孔隙的水压力、土的压力）、应变（沉降、位移）等资料进行收集，并且和监控指标、定量监控指标两者进行比较，假如与定量标准不符就会发出预警。
此种方法对于稳定控制是最经常使用的。使用某一种或多种观测经验值当作施工时候的软基稳定性的控制值，在实际工程动工中，此种方法的操作比较便利，这也是这种方法被广泛使用的主要原因之一。然而这种方法也存在一定的不足，特别是在理论依据方面对工程判断上缺乏安全性能的考虑。在实际的路堤修建的时候，中心沉降速率要不大于15mm/d、坡角水平位移速率要不大于5mm/d，此时软土路基的稳定性就较差，也存在路堤中心沉降速率不小于15mm/d、坡角水平位移速率不小于5mm/d，这时软土路基的稳定性就较好。
（2）制作控制图的方法。使用经验指标对其实施判断，这样就可以实现对地基的稳定的判断，然而其准确性较差，这样判断就会出现误差。加载的时候沉降速率、侧向位移速率和孔压系数中的其中一项如果比定量指标值大，地基的稳定性能就会比较好。所以我们就要从土体结构破损方面进一步深入分析，结合各项监控数据，对地基稳定作进行控制，进而更好的分析结果。在使用这种方法的时候，对于表面沉降监测数据比较容易取得，这也是人们对此种方法大力推广的原因。
2.2理论分析方法的剖析
软基标准中对于圆弧法的使用上有一定的说明，经过极限高度和强度增长进行正确计算，综合薄层轮加法，进而实现对其稳定性的控制。对于极限填土高度稳定计算结果来说，其准确性与土质抗剪强度指标的选用有直接关系。因为室内抗剪试验数据的准确性有一定的局限性，稳定性计算建议最好使用十字板剪切试验，这样对于取土的干扰可有效的降低，在天然应力形势下，剪切试验的开展，可以对地基土的天然抗剪强度更好的反映出来。
有研究人员使用施工时候的监测数据对参数进行反算，使得参数进行及时调整，强度增长的计算得到了提高，促进动态控制和动态设计的实现，这样对于模拟加载时候制定加载方案有一定的帮助，通过选择合适的方案，进而取得最优的效果。
然而，从整体层面来讲，理论方法对于准确的土质参数指标的汲取受到一定因素的影响，例如计算参数试验取值的准确性、计算的复杂性，理论计算方法使用上存在一定的障碍。
2.3添加剂法的剖析
土壤里面的水分的含量和土壤的稳定性之间的关系是成反比例的，土壤的密度和稳定性之间恰好成正比例关系，然而选择哪种方法可以实现土壤的密度提高、土壤的含水量降低呢？这就需要使用适当的添加剂。一般情况下我们接触的添加剂包含以下几种：石灰、水泥、煤渣等等。石灰水泥之类的添加剂主要是使用化学反应使得土壤的含水量实现降低，促进土壤的密度增加，进而保持土体的稳定性良好。
2.4换填法的剖析
换填法也就是我们所说的人造地基。这种方法的适用范围是小范围作业，假如地基里面有一部分软土，我们就可以把这部分软土替换成质地坚硬、密度较高、稳定性强的土质，之后把这些土质一层层的铺设起来，之后使用人工或者机械设备把他们打压、夯实，直至与标准相符为止，进而实现高质量的人造基地。换填法的适用范围是浅层地基，还有就是部分地形地域使用也比较广泛，比方说坑洞、地基不均匀等等。
3未来稳定性控制方法的发展形势
把理论方法与监测时候的稳定性控制方法融合在一起，使用监测数据反算对参数进行汲取，对施工当中的强度增长问题进行有效的控制，使以往单一的稳定性验算过渡到模拟施工加载的计算方法上，进而促进施工的信息化发展。
综上所述，对于高速公路软基处理技术的发展，我们可对软土实施一些人为改造，促进其强度和稳定性的提高，使其承载力提升。把公路使用期间的沉降、凹陷等现象降至最低，以实现路面交通的平稳顺畅。因为软土布局复杂，土性不好，要想使高速公路与标准要求相符，对于软土地基施工技术的正确使用是关键环节，以实现建设工程整体质量的提高。
参考文献：
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弯桥独柱式桥墩桥梁稳定验算分析 篇3
近年来弯桥作为城市立交和高等级公路匝道被大量使用, 其相对于直线桥而言, 因为受到弯, 扭耦合效应, 使其受力变得复杂, 加之交通量的不断加大和各种不利因素的影响, 弯桥因通行车辆偏载而发生倒塌的隐患也越来越得到人们的重视。
其中, 对整个弯桥结构安全影响最为重要的一点, 在于弯桥在空间弯扭共同作用下的稳定性, 弯桥上部结构和下部结构之间内力的传递情况决定到上部结构的倾覆, 也关系到下部结构屈曲失稳, 影响这种内力传递情况的主要因素即弯桥的支承设置情况。
1 工程概况
位于同三国道主干线宁波市境高速公路通途路至大朱家段潘火立交分段, 其全桥位于半径为200m的圆曲线上, 主梁为无梁板, 无预应力筋构造, 采用现浇连接无梁板结构, 截面高度为0.5m, 0.6m, 1.2m1.4m不等, 由墩顶向跨中厚度减小, 其截面变化形式为线性变化, 上部主梁和下部墩结构均采用C30混凝土。
该立交共有三联, 三联之间桥面连续结构不连续, 第一联第三联均为七跨布置, 采用双支点铰支承, 下部结构均采用双柱式桥墩, 第二联的跨径布置为17+20+25+20+17m, 中间两个桥墩为独柱式桥墩, 墩顶与主梁固结, 桥墩形式为2.4m 1m-1.4m 1m的变截面墩, 其余的桥墩均为双柱式墩, 与主梁通过滑动支座连接, 在每联边上都设置有伸缩缝。全桥无超高加宽变化。 (见图1)
2 分析理论依据
弯桥在承受竖向弯曲时在曲率影响下会产生扭转, 扭转作用又会导致挠曲变形, 弯扭共同作用下, 弯桥外缘的挠度大于内缘的挠度, 使得弯桥的支点反力与直桥相比, 有曲线外侧变大, 内侧变小的倾向, 因此弯桥支座的布置要充分考虑支座在受到偏心荷载作用下的影响, 对于整个弯桥, 应该设置能够抵抗弯扭的支承, 若桥台上设置铰点支座, 则应当在其桥墩上采用固结支承, 反之, 若桥台上设置抗扭的支承, 桥墩上就可采用交支座。
对于该桥, 由于取其中第二联进行稳定分析, 中跨两墩均采用固结的独柱式桥墩, 边跨采用双支点铰支承, 且铰支座均不能承受拉力, 故应对边跨内侧的4组铰支座经行分析, 验算其在最不利的荷载工况下, 是否出现支承受拉的情况, 中间固结独柱墩, 由于这种上下部结构的固结方式能够有效的把上部的内力作用传递到墩以及基础, 能够减缓上部结构倾覆的不利情况, 但此时墩顶将会受到较大的弯矩和集中力作用, 应考虑在竖向力和弯矩共同作用下, 固结墩的稳定情况。
3 仿真分析模型
对该桥第二联做上部抗倾覆和独柱墩的屈曲失稳验算复核。利用MIDAS/CIVIL对该桥进行有限元分析, 可以采用的方法有单梁法, 梁格法, 实体建模法, 由于该桥第2联位于平曲线上, 曲率半径为200米, 桥宽为8米, 为了分析上部结构的倾覆和下部结构的失稳问题, 故在进行建模分析时, 采用单梁法建模即可达到分析目的。对于该桥第二联, 支座布置情况如图1, 其中该联为对称结构, 首尾两跨均设置多支承铰支座, 支座为对称布置, 支座距桥中心线均为2米, 中间2跨为墩梁固结的刚构体系, 墩中心线过桥中心线, 上部结构为变截面曲梁, 全桥离散为158个单元, 模型如图2。
3.1 分析方法
采用MIDAS结构特性分析器计算得到结构自振频率F=0.4612, 对于铰支座设置处, 为了分析曲梁的倾覆, 应考虑其内侧支座的临界受拉情况, 对于固结独柱墩则分析屈曲失稳问题, 分析方法为, 对该桥进行最不利的布载, 即车道布置按照公路桥梁通用规范由外侧向内侧布置车道, 荷载工况取公路级, 并考虑车辆超载情况按规范取55T车辆荷载, 模拟重车荷载车队, 加载方式为影响线加载, 对于温度对全桥和支承反力的影响, 取整体升温30度进行分析。
具体分析方法为, 首先计算在不及自重情况下, 某一荷载工况对该桥各个支座处产生的最小支座反力P1, 记录该反力为最小时既支座受拉的布载方式, 另存这一荷载工况, 然后计算在恒载作用下, 各个支座处的支承反力P, 此时, 对每个支座用公式+P=0, 计算该工况下的系数, 即为这一工况下的活载工况临界系数。 (见图3)
3.2 分析结果
3.2.1 上部结构铰支承
由计算结果得到32组支座反力, 并求得对应荷载工况下的系数, 取最小值为荷载工况临界系数, 该值对应的荷载工况, 即为最有可能出现支座受拉的工况, 若实际工况系数在计算得到的系数范围内, 则不会发生上部结构的支座受拉情况, 此时上部结构倾覆验算符合要求。以下表格为几种工况下对应的铰支承反力值和所求得的临界系数。 (见表1)
对于以上求得的8组系数, 均为三种工况组合下分别得到的临界系数, 取最小值, 即在公路级荷载下, 最容易出现上部结构倾覆, 最不利支座位置为1号支座位置, 对应荷载工况临界系数l=4.08。
3.2.2 下部结构墩固结
对于该系数的工况下还有可能出现的支座反力的最大值为可能导致固结墩失稳的最不利工况, 取全桥进行屈曲分析, 屈曲模态数量设为2, 迭代次数为30次, 收敛误差为1e-010, 对应的荷载工况为影响线布载下引起2号固结墩与3号固结墩墩反力最大值的情况即公路级布载, 通过MCT命令流导入这一荷载布置情况, 对结构进行分析, 得到1阶和2阶情况下全桥的失稳状态图以及相应的临界系数 (见图4~6) 。
由于该桥采用单柱式固结墩, 可能会出现整体失稳的情况, 但是由于其固结墩尺寸偏大, 而跨径布置较小, 且墩高仅为20米, 故屈曲失稳临界系数值较大, 对比点铰支座发生临界受拉的情况, 即使上部结构发生支点脱空的倾覆, 固结墩仍然不会出现屈曲失稳, 说明该桥的安全储备是足够的, 在不利荷载下不会发生整体的失稳现象。
4 结论
4.1 仿真分析结果表明, 该桥在要求复核的1.3倍公路级荷载工况和1.2倍重车荷载工况下均不会发生上部结构的倾覆和下部独柱墩的失稳, 并且该桥具有一定的安全储备, 能够正常运营。
4.2由计算中影响线布载可以看出, 弯桥在受到外侧偏心荷载的作用下, 最有可能出现内侧支座受拉的情况, 并出现向外侧倾覆的趋势, 对于这种支承类型的弯桥一方面可以在曲率半径较大的支座设置处考虑设置能够承受拉力的支承, 另一方面, 也应尽量减小上部结构弯扭段的长度, 以减小扭矩。
4.3对于上下部结构支承为固结的情况, 上部结构的弯扭作用通过墩传至基础, 可以减小上部结构的内力, 但是应当对墩的稳定性做分析, 尤其对于跨径较大, 墩身较高的薄壁墩, 应当注意墩身的屈曲对全桥稳定的影响。
摘要：以对浙江某立交桥的独柱墩和主梁稳定验算分析为工程背景, 利用有限元方法建立仿真分析模型, 在分别考虑其不同支承类型和荷载工况的情况下, 弯桥的弯曲效应对上部结构和下部结构的稳定性产生的影响。
关键词：弯桥,独柱墩,稳定,仿真
参考文献
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高墩大跨桥梁施工稳定性计算分析 篇4
1 稳定性基本理论
结构失稳是指外力作用下结构的平衡状态丧失,稍有扰动,则变形迅速增大,最后结构遭到破坏。求解结构弹性稳定性问题的实质是求结构在给定荷载作用下的一种状态,确定临界荷载和相应的屈曲形态。对于简单的结构,可以用结构力学或弹性力学的方法;但对于复杂结构,用解析方法很难得出其临界荷载,采用有限元法可以得到较好的结果。结构在初始平衡时的有限元表达式为:
其中,[Ke]为结构弹性刚度矩阵;[Kg]为结构几何刚度矩阵;{u}为结构节点位移向量;{F}为结构节点荷载向量。式(1)中[Kg]为结构初始应力矩阵,与荷载大小有关。假设{F}增至λ{F}时,[Kg]也增大λ倍,则式(1)为:
假定此时结构达到临界状态,则存在一扰动{u}+{Δu},使结构在外力不变的条件下达到新的平衡状态,得到:
式(3)减式(2)得:
只有当[Ke]+λ[Kg]行列式值为0,即|[Ke]+λ[Kg]|=0时,任何扰动{Δu}下都满足式(4)。这就将稳定性问题归结为求解一个特征值问题。特征值λi、特征向量{Δu}i(i=1,2,…,n)分别为各阶特征值的大小和相应的屈曲形式(失稳模态)。
2 实桥稳定性分析
2.1 工程概况
本文以济南—广州国家高速公路某大桥的主桥为计算模型,此主桥结构为高墩大跨刚构—连续组合梁,跨径为40 m+70 m+70 m+70 m+70 m+40 m。主梁断面为单箱单室截面,主桥连续箱梁预应力采用三向预应力体系;设计荷载为公路一级。变截面箱梁底板按二次抛物线,箱梁顶板全宽12.65 m、底板为6.5 m宽,箱梁根部高4.3 m,跨中箱梁2.0 m。箱梁单个T构采用8节段悬浇。0号采用搭设托架浇筑,其余采用挂篮悬浇。最高墩为67 m,为箱形单薄壁空心墩,壁厚0.5 m,最大桩长22 m。本桥的悬浇段长、墩高壁薄,所以稳定性特别是施工阶段的稳定性是设计和施工的主要制约因素之一。
2.2 最大悬臂施工阶段稳定性分析
当结构悬臂施工到最末悬浇段8号梁段时,悬臂长度达到34 m,此时,在恒载误差、施工荷载误差[1,2]和风荷载[3]等作用下,结构最不稳定,因此对该阶段进行稳定性分析很有必要。悬臂施工中,在不平衡荷载作用下,随着桥墩的增高,稳定性安全系数降低,因此下面对本桥中最高墩(10号墩)的最大悬臂施工阶段的稳定性进行了分析。建立的分析模型如图1所示,底端固结、顶端自由,墩顶部与0号块之间添加刚臂单元连接,结构自重计入单元内,挂篮荷载、梁体不均匀荷载、施工误差、施工荷载和风荷载等按相关规范计算以分布荷载或集中力的方式施加在单元上或节点上。
10号空心墩的最大悬臂施工状态时的稳定分析按下面三种工况进行,取其不利的最不利值为最大悬臂状态的稳定特征值。图1为采用MIDAS计算桥墩自体稳定的计算模型,图2,表1为计算结果。工况一:自重+挂篮+梁体不均匀堆放施工机具和材料荷载;工况二:自重+挂篮+梁体不均匀荷载+施工误差+梁体不均匀堆放施工机具和材料荷载+纵向风载;工况三:自重+挂篮+梁体不均匀荷载+施工误差+梁体不均匀堆放施工机具和材料荷载+横向风载。
根据理论近似计算[5],其临界力:
最大悬臂施工阶段墩顶轴力由桥梁博士计算结果得:
故其稳定特征值
按理论近似公式计算结果与MIDAS计算结果很接近,说明桥梁的最大悬臂阶段能满足稳定性的要求。
通过MIDAS对以上三种工况计算分析表明,工况2最为不利,其失稳模态如图2所示,稳定性特征值计算结果如表1所示。由表1表明,在最大悬臂施工状态下结构的稳定性特征值为8.852,大于规范规定的值,即最大悬臂施工阶段的稳定性满足要求。由图2可见,各工况下的失稳模态均为纵向倾覆或桥墩失稳,说明桥梁横向的刚度较大。
3 结语
稳定性分析结果表明,可采取以下措施提高高墩大跨桥梁最大悬臂施工阶段稳定性:1)在大跨高墩桥梁悬臂施工时,严格两边对称浇筑悬臂梁段;2)尽量控制上部箱梁最小尺寸,以减轻上部结构自重;3)施工机具、材料堆放尽量悬臂两端对称。
摘要：以稳定性理论为基础,以一高速公路某大桥为例,利用有限元程序MIDAS计算分析了高墩大跨刚构—连续组合梁桥在悬臂施工时的稳定性,同时总结了提高高墩大跨梁桥稳定性的措施,从而为桥梁的施工安全性提供保障。
关键词：高墩,大跨,刚构—连续组合梁桥,稳定性
参考文献
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桥梁稳定 篇5
独柱现浇连续箱梁结构具有减少占用土地、改善下部结构布局、增加视野和桥型美观的优点。然而, 在汽车偏载作用下, 此结构抗横向倾覆稳定性差, 在使用过程中极其容易发生侧翻与倾覆[1~4]。此外, 目前载重车辆普遍存在超载现象, 个别车辆超载甚至达到200%~300%, 导致多数桥梁处于超负荷工作状态。桥梁设计工作者关注的重点主要在于桥梁的抗弯、抗剪承载能力方面, 对于偏心偶然超载作用关注不足, 我国相关桥梁设计规范亦尚未做出桥梁抗倾覆验算的规定[5~7]。为确保桥梁的运营安全, 有必要对桥梁的抗倾覆性进行研究。本文以位于某高速公路上的独柱桥梁为例, 对其抗倾覆稳定性进行测试与理论计算, 评价其安全性能, 并做出了相应的加固设计方案。
2 结构试验
2.1 桥梁概况
该独柱桥梁上行桥与下行桥均为7孔, 跨径为20.5+5×25+20.5m, 桥面净宽为11.5m, 上部结构为单箱双室预应力混凝土连续箱梁。下部为钢筋混凝土圆截面独柱敦, 桥梁设计荷载等级为汽车—超20级, 挂车-120。预应力混凝土梁设计强度为45#混凝土。
2.2 测试内容
桥梁下部结构静荷载受力状况:在不利汽车偏载作用下, 分析钢筋混凝土柱的应力特征, 并应用空间有限元模型进行数值验算分析。
桥梁上部结构拟静力受力状况:在不利车队偏载作用下, 分析预应力混凝土连续箱梁的横向倾覆稳定性, 并应用空间有限元模型进行数值验算分析。
2.3 加载概况
共使用3部加载车, 每辆加载车总重均控制在400k N。前轴重10k N, 后轴300k N。根据基本力学分析, 重点对西起1#铰接独柱、2#铰接独柱、3#刚接独柱进行偏载试验。加载分3种情况:
1) 3辆40t加载车偏载1号柱。
2) 3辆40t加载车紧偏南侧首尾相接匀速缓慢通过1#铰接独柱、2#铰接独柱、3#刚接独柱。
3) 3辆40t加载车紧偏北侧首尾相接匀速缓慢通过1#铰接独柱、2#铰接独柱、3#刚接独柱。
2.4 测点布置
在3#墩柱两侧各布置2个智能应变传感器, 以了解受压与受拉性能。通过桥面布置位移传感器与侧面布置拉绳传感器测试偏载下的倾覆位移。前两工况加载时, 2号拉绳传感器布置于桥台处, 1号、5号传感器布置于独柱。传感器布置如图1所示。
3 测试结果
3.1 混凝土柱应变测试结果与分析
按照工况二加载时, 实测的3#墩柱侧面应变曲线如图2所示。
加载车通过南幅时, 下部墩柱南侧受压, 北侧受拉, 实测应变极值如表1所示。通过北幅时, 下部墩柱北侧受压, 南侧受拉, 实测应变极值如表2所示。
测试结果表明, 在120t车队偏载作用下, 与箱梁刚接的3#柱, 南幅最大拉应变为210με, 最大压应变为-100με;而北幅明显小于南幅的应变值, 说明北幅刚接部位存在异常。
3.2 箱梁的横向倾覆位移实测结果分析
在偏载作用下, 分别对南、北幅中横向箱梁边缘进行了倾覆位移测试。当按照工况一进行加载时, 1号、5号拉绳传感器位于受压侧, 2号传感器位于受拉侧。测得位移如表3所示。按照工况二加载时, 拉绳传感器读数如表4所示, 按照工况三加载时, 拉绳传感器布置如图3所示, 测得位移如表5所示。
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在120t偏载车队下存在较大的倾覆位移, 且北幅加载时的倾覆位移大于南幅加载时的倾覆位移。此外, 在北幅加载时, 非加载侧支座处上翘位移达到4.9mm。说明对偶然的严重超载偏行车队存在重大隐患。
4 箱梁横向倾覆有限元分析
根据横向倾覆位移实测结果等, 经动力有限元建模、模型修正, 获得了实际结构力学模型。通过空间有限元分析, 对结构稳定性进行了计算分析。有限元模型如图4所示, 自重作用下挠度等值线如图5所示, 120t偏载车+自重作用下挠度等值线如图6所示。
利用有限元模拟计算, 分析了荷载对支座受力与脱空影响。支座编号如图7所示。空间有限元模拟计算分析表明, 在120t分布活荷载偏载作用下, 非加载侧桥台支座A开始出现脱空, 结构处于倾覆的临界点。对于偶然超载偏行车队上部结构存在倾覆的危险。
5 加固方案
为确保该桥的运行安全, 应对独柱结构进行加固处理。仅对铰接柱进行加固, 与上部结构刚接的独柱可不考虑。
根据铰接独柱下部的基础, 在独柱的两侧各增加1根直径为1.2m的钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱。并在适当部位增加横系梁, 以增加结构稳定性。对新增加的柱, 其与上部箱梁采用橡胶支座联接, 并注意预加力不宜过大, 以防止造成应力集中, 影响原结构工作性能。
6 结论
1) 在3×40t首尾相接偏载车队作用下, 北半幅3#刚接柱的应变明显小于同情况的南半幅。说明北半幅3#刚接独柱力学性能下降。
2) 箱梁的横向倾覆位移实测结果分析表明, 在3×40t首尾相接偏载车队作用下, 北半幅的倾覆位移大于同情况的南半幅, 且最大实测值达7.6mm。说明北半幅桥梁力学性能较南半幅差。
3) 根据横向倾覆位移实测结果等, 经动力有限元建模、模型修正, 获得了实际结构力学模型。通过空间有限元分析, 对结构稳定性进行了计算分析。空间有限元模拟计算分析表明, 在120t分布活荷载偏载作用下, 非加载侧桥台支座开始出现脱空, 结构处于倾覆的临界点。对于偶然严重超载偏行车队上部结构存在倾覆的危险。
4) 根据测试结果, 提出了增加钢筋混凝土柱及横系梁的加固方案, 为该桥梁的运营安全提供了一定的保障。
摘要：以某高速公路某独柱桥梁抗倾覆稳定性测试为例, 考虑超载、偶然集中偏载对独柱桥梁力学行为的影响, 通过现场试验与有限元模拟计算, 分析了三种工况作用下独柱桥梁力学行为的变化, 研究了桥梁的抗倾覆稳定性, 并提出了相应的加固方案, 为独柱桥梁的运营安全提供了保障与依据。
关键词：独柱桥梁,抗倾覆稳定性,有限元,墩柱应变,倾覆位移
参考文献
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