新旧桥连接（精选3篇）
新旧桥连接 篇1
0 引言
在桥梁拓宽、新旧桥梁的连接过程中, 旧桥部分的土体固结过程趋于稳定, 而新桥部分的新增荷载会使原土体进行二次固结, 导致新旧桥梁之间土体的固结过程不协调, 产生可观的沉降差。工程中可用堆载预压法消除由于土体固结过程不协调导致的沉降差, 而对于堆载预压方法的时间、荷载等参数的确定, 并没有相关国家标准。目前, 桩基沉降的理论计算相对成熟[1], 但仅限于计算分析其最终沉降[2,3], 而对于桩基沉降中土体固结过程的位移随时间的变化则较少涉及, 即使在相关研究中, 时间参数仅用于考虑土体蠕变效应的长期沉降结果[4], 或者以现场实测的数据[5], 结合桩—土之间的相互作用[6], 用数学统计模型拟合, 局限性较大, 在其他普通施工过程中的参考意义较小。本文以桩基的荷载传递法和剪切位移法为计算基础, 以voigt体作为土体计算模型, 推导出基础位移响应函数, 建立一般地基中普通桩基的时间—荷载—沉降的三维关系网络, 动态化桩基在时域中的沉降过程, 可得出在某级荷载下、某个时间节点的桩基位移。结果适用于一般地基, 具有较强的普适性, 补充国内相关研究的理论方法, 对堆载预压的实际施工提出理论指导。
1 基本假设
针对桩基在时域范围内的沉降分析, 浙江大学贺武斌给出了相对理想的解析方程, 但是时间范围较小[7]。本文基于荷载传递法和剪切位移法, 对其进行计算理论的改进, 增加时间的变化范围, 对堆载预压法的实际运用提出理想的参考理论。
桩基沉降过程是桩基与土体的相互作用下的位移变化, 在分析桩基的沉降过程中, 需对桩土进行模拟简化, 对复杂的地基土进行模拟, 理想化桩土之间的相互作用, 以方便数学计算。
桩基的计算见图1, 桩长为L, 桩截面面积为Ap, 桩截面周长Cp, 桩弹性模量为Ep, 做如下假定:1) 桩基为均质杆, 材料为各向同性。2) 土体每层为各向同性均质土体, 土体计算模型为voigt土体模型, 每层的弹簧常数为ksi、阻尼系数为csi。3) 土层总数设为m, 土层厚度分别为t1, t2, t3, …, tm, 土层界面的深度为T1, T2, T3, …, Tm。4) 桩底土对桩模拟为线性弹簧, 弹簧系数为kb。5) 桩顶荷载作用于桩的轴线, 在桩体中均匀分布。
2 微分平衡方程的建立及求解
取桩身微段, 分析受力, 建立微分静力平衡方程:
其中, p为桩体位移, p= (z, t) , 同时令:
取最下层的第一层土为研究对象, 则桩端边界条件为:
其中, , Ep为桩基弹性模量, Ap为桩基横截面面积, kb为桩底土弹性系数。
设第二层土中桩单元对第一层土的作用力为f1 (z, t) , 则第一层土对应的桩体上截面处的边界条件为:
桩的初始条件为:
对式 (1) ~式 (3) 应用Laplace变换得:
其中, s为Laplace变换复参数, s=iω。
解式 (5) 得:
其中, C1, C2均为积分常数, 令λ12=A1s+B1。
将式 (6) , 式 (7) 代入式 (8) , 求得积分常数, 解得式 (8) 为p1 (z, s) , 得到第一段基础阻抗函数为:
取第二层土为研究对象, 设第三层土中桩单元对第二层土的作用力为f2 (z, t) , 则第二层土对应的桩体边界条件为:
对其进行Laplace变换, 求解第二段基础阻抗函数R2 (s) 为:
根据基础位移阻抗函数的传递性, 依次递推至第k层土, 即桩顶处的基础位移阻抗函数为:
其中, λk2=Aks+Bk。
由此得到桩顶位移函数为:
由Fourier变换及卷积公式, 得到固定荷载P下的桩顶位移为:
其中, s=iω。
3 工程实例分析
3.1 工程概况及地质资料
竹叶海互通式立交工程位于长丰大道程第1标段起点与三环线交叉处, 是为连接长丰大道、硚孝高速及三环线而设置的枢纽互通, 交叉方式为主线上跨三环线。该处地势比较平坦, 三环线北有一张公堤。拼接示意图如图2所示。
在场区最大勘探深度范围内, 根据钻探资料、土工试验及原位测试成果, 拟建场区除表层填土外, 其下土层主要为第四系上更新统冲洪积 (Q3al+pl) 的粘性土, 基岩除局部为三迭系 (T1g) 中风化白云岩及 (T1d) 泥灰岩外, 绝大部分地段为志留系 (S2) 泥岩, 根据其年代、成因、土层结构特征及强度上的差异, 场地自上而下可分为8个地质单元, 工程概述如表1所示。
根据地勘资料的剪切波速和剖面图, 取用的计算数据如表2, 表3所示。
3.2 计算结果分析
经计算得出桩基在某级荷载下的时间—沉降曲线, 见图3。
可以看出, 在沉降的初始阶段, 土体固结速度快, 沉降量较大;而随着时间的推移, 在沉降中期, 沉降速度开始明显放缓, 并且斜率逐渐降低;在沉降末期, 时间—沉降曲线已趋于平缓, 沉降量微小, 土体固结过程处于末期, 桩基趋于稳定。整个沉降过程与土力学理论相符, 与预期过程一致, 证明了理论推导的正确性。
将各级荷载的沉降曲线在同一张表上展现将得到时间—沉降曲线组合图, 随着荷载的不断增加, 桩基沉降增加, 沉降完成时间周期增加, 地基达到相对稳定的状态的所需时间增长。由此, 我们可以确定在某一级荷载下某一时间节点的沉降量, 但此时不同级荷载间呈离散状态, 并不是连续增长函数。
3.3 沉降—时间—荷载三维变量关系
将多条时间—沉降曲线转化为三维网络图:在荷载沉降计算中, 选取了特定荷载下的时间—沉降曲线, 在转化为三维网络图时, 对荷载取值间隔进行加密, 将荷载进行插值拟合, 使其形成变量连续域, 由此我们可将二维的时间—沉降曲线转化为沉降—时间—荷载三维网络图, 如图4所示。将三者更加直观的统一在三维空间中, 清晰地展现三维变量关系。在工程实际应用中, 也可根据自身工程需要随时退化为二维曲线。
4 结语
本文提出了在时域范围内的桩基沉降的解析解, 分析了在桩基沉降过程中的沉降表现, 并与连续的荷载域一起构成三维网络图, 将沉降、时间、荷载三者联系起来, 直观的展现三者在桩基沉降过程中的联系, 对于工程实践中处理新旧桥连接中的超载预压方法提供了理论指导及相关施工参数, 对于超载预压施工阶段的预压时间, 预压荷载, 预压工期等提供了具体的施工指标, 并对新桥部分在预压阶段的表现做了理论预测, 为解决此类问题提供了相对完整的解决方法。
参考文献
[1]黄发安.桩基沉降分析与计算[D].成都:西南交通大学, 2002:3.
[2]王忠瑾.考虑桩—土相对位移的桩基沉降计算及桩基时效性研究[D].杭州:浙江大学, 2009:15.
[3]蔡敏.考虑桩土共同作用的桩基沉降分析[J].武汉大学学报, 2015 (4) :126-129.
[4]曾庆有.考虑应力应变时间效应的桩基长期沉降计算方法[J].岩土力学, 2009 (8) :1283-1287.
[5]冷伍明.高速铁路桥梁桩基工后沉降组合预测研究[J].岩土力学, 2010 (7) :19.
[6]Mohamed Ashour, G.Norris, ASCE.Modeling lateral soil-pile response based on soil-pile interaction[Z].
[7]贺武斌.静荷载下的单桩沉降时间效应研究[D].杭州:浙江大学, 2014:43.
浅析旧桥加固中新旧桥衔接的问题 篇2
在经济建设的过程中, 公路桥梁建设逐步增加, 为了能够适应当前的运输交通需求, 需要针对桥梁进行升级改造建设, 针对旧桥进行拓宽以及加固处理。在这一过程中, 存在很多有待改善的短板, 在这种情况下, 就需要通过相关破解技术, 将这些问题有效解决, 这样一来, 就能够使得整个交通系统中的桥梁使用性能更加优化。
1 旧桥加固中的技术问题
在桥梁工程的实际状况中, 针对旧桥进行拓宽加固处理, 需要着重注意几个方面的技术性问题:
1.1 砼浇筑
砼浇筑的过程中, 将会发生一定程度的收缩以及徐变。在相关应力处于稳定不变的状态下时, 混凝土会在时间的延长过程中发生应变, 这种情况就叫做徐变;与此同时, 在混凝土已经凝结完成之后, 混凝土体积会呈现出一定程度上的缩小趋势, 这个过程就叫做收缩。如果在进行具体的新旧桥拼接施工时, 旧桥的混凝土已经基本趋于稳定, 不会发生大程度变化, 但是刚刚完成施工的新桥梁中, 混凝土将会出现一定程度上的收缩以及徐变状况, 在这种情况下, 整个桥梁将会发生应力失衡, 从而在连接处会受应力作用出现裂缝。
1.2 不均匀沉降
总体来讲, 在旧桥的工程系统中整体状况都已经稳定, 基本避免了沉降对桥梁的影响, 然而新桥的基础工程, 将会在施工完成之后发生明显的沉降, 在这种情况下, 要能够做到排除新桥沉降现象对新旧桥衔接水平高度差异的影响。
1.3 负荷标准
如果在施工过程中没有将新桥的负荷标准调整到与旧桥相一致, 将会很大程度影响到桥梁的具体结构拼接, 甚至会影响新旧桥受力特性。
1.4 桥梁加宽
在针对桥梁进行加宽施工的过程中存在的具体问题, 如拼接技术问题、施工材料问题以及车流引导问题等等。
2 新旧桥衔接中的技术对策
2.1 上下部结构不对接
这种施工方案总体来讲十分简单, 对于施工技术也并没有严格的要求[1]。但是在这一过程中, 要能够针对桥面的铺装层做好相关问题的处理, 解决啃边以及破坏问题, 同时还需解决纵缝问题, 在这种情况下, 通常在针对新旧桥的具体衔接过程中通过纵向伸缩缝技术进行施工。
在这种情况下, 通常可以通过四种方式进行衔接处理。首先, 将沥青具体填充在桥面的接缝处, 但是会由于重型车辆的长时间碾压, 使得新旧桥在衔接的位置发生啃边现象, 同时还将难以避免的发生车载较大程度的挠度差, 这样一来沥青将会失去效果, 必须进行更换。
其次, 通过钢板包边的方式进行具体处理, 将桥梁衔接位置的边缘部分以钢板为原材料进行包裹, 这样一来将能够有效防止啃边情况的出现, 尽管如此, 却依旧会出现新旧桥的挠度差, 并且还将对车辆的平稳运行造成影响。
再次, 桥面连接法, 这种方式能够有效防止啃边情况的出现, 并且能够将挠度差问题有效解决, 从而避免影响车辆的平稳运行, 但是难以避免长期受到车辆碾压而造成的连接处开裂现象, 这样一来使得后期保养方面的成本无形中增加。
最后, 纵向伸缩缝技术, 这种方式能够使得新桥的形变整体趋于平稳状态, 这样一来桥梁所能够发生的各种不良反应, 将会逐渐减弱, 同时还在一定程度上增加了桥梁的防滑性能, 使得车辆在不良天气状况中能够运行的更加平稳。
2.2 上下部结构对接
这种方式能够从整体上增加桥梁的稳定性, 使得桥梁在使用过程中更加可靠[2]。但是当新桥发生的不均匀沉降程度较大时, 在下部的结构系统中的盖梁位置或者墩台连接处的位置将会发生很大程度的开裂现象, 与此同时, 还将在上部结构系统中的接缝位置产生明显的裂缝以及形变。在这种情况下, 只有当施工的整体地质条件过硬时, 利用这种技术进行衔接处理才能够更加有效。由于新旧桥的具体衔接工程中, 桥梁基础出现的不均匀沉降会对新旧桥梁衔接工程造成较大程度的负面影响, 这种施工方案在桥梁施工中应用的相对广泛。
2.3 新旧桥主梁柔性连接
通过柔性连接能够将桥梁衔接之后的各种问题进行有效的缓解, 不仅能够解决砼收缩问题, 还能够不均匀沉降以及徐变等问题有效缓解。通常情况下在针对新旧桥梁的接缝进行具体填充过程中, 主要选择柔性材料, 并利用橡胶以及木条等材料进行底部填埋, 这样一来整个连接结构就呈现出了一定程度的柔性, 从而有效避免砼收缩情况的出现。
3 结语
在交通运输系统的全面升级建设过程中, 要能够针对新旧桥的衔接问题做好全面准备, 认识到其中存在的专项问题, 并利用优化技术将相关问题进行科学解决, 使得新旧桥工程能够呈现出卓越的使用性能。这样一来, 我国的运输交通系统才能够更加流畅, 经济增长才能够更加迅速。
参考文献
[1]徐有社.高速公路设计方法初探[J].公路, 2014, 2 (02) :25-26.
新旧现浇箱梁桥拼接时机分析 篇3
关键词：箱梁,平面变形,拼接时机
0 引言
近年来,一些高速公路的交通量增长速度超过预计增长速度,道路已不能满足现有通行能力要求,需要对其进行改扩建,而既有桥梁的加宽是其中的难点,选择合理的拼接时机是改扩建工程成功与否的重要保证。本文以某高速公路现浇箱梁拓宽为例,使用梁格法对新旧现浇箱梁进行了拼接前后的平面变形分析,结合施工工期确定了最优的拼接时机。
1 桥梁概况
旧桥上部构造为17 m+21 m+21 m+17 m四跨钢筋混凝土连续箱梁桥,左右幅分离,桥面宽度为12.25 m;新桥采用17 m+21 m+21 m+17 m预应力混凝土连续箱梁,半幅桥面宽度为8.25 m,新旧桥的拼接采用箱梁翼缘刚性连接。
2 计算过程
2.1 计算模型的建立
对新旧桥以及拼接后的整桥上部结构的计算均依据梁格理论,将上部结构离散为空间杆系模型,采用MIDAS/Civil计算程序进行计算。
旧桥左幅为单箱双室截面,划分为三根纵梁,并在箱梁端部各加一根虚拟纵梁,加宽新桥为单箱单室截面,划分为两根纵梁,在悬臂端各加一根虚拟纵梁,截面梁格划分示意图见图1。新、旧桥的刚性接缝采用设置主从约束方法进行模拟,即将新、旧桥相邻的虚拟悬臂梁的节点设置成具有相同的线位移。划分后,旧桥共有597个单元,334个节点;新桥有450个单元,259个节点。
2.2 荷载取值
1)一期恒载:
包括新、旧桥主梁及横隔板的自重,容重按26 kN/m3计,并计入收缩徐变影响。
2)二期恒载:
包括桥面铺装及防撞护栏,新、旧桥的桥面铺装均为10 cm厚沥青混凝土,容重取23 kN/m3,防撞护栏取5.0 kN/m。
3)车辆荷载:
旧桥按85规范设计,新桥按04规范设计,根据“老桥老标准,新桥新标准”的计算原则,老桥设计荷载采用汽车—超20级,新桥设计荷载采用公路Ⅰ级。
4)温度荷载:
对新旧桥均采用温度梯度的方式。
5)基础不均匀沉降:
旧桥已建成通车十几年,基础沉降基本完成,故仅考虑新桥的基础沉降,按新桥相对旧桥整体沉降5 mm考虑。
3 结果分析
3.1 新旧桥拼接前变形分析与拼接时机
拼接前的变形分析主要在新桥建成后搁置不同的时间来观察新旧桥竖向变形差的变化。因此,分别在新桥刚建成时、搁置1个月、搁置3个月、搁置6个月四个时刻比较拼接前新旧桥的竖向变形差,以此来考察合适的拼接时机。
新旧桥翼缘端竖向变形差(变形差=新桥翼缘端变形-旧桥翼缘端变形)在各个时刻的计算值见表1。
mm
由表1可见,从拼接前新旧桥翼缘端的竖向变形来看,新桥搁置时间的长短会有一定影响。如果过早拼接,新桥收缩徐变作用产生的内力值会很明显,对拼接部位不利。因此,设计上应该给出一个合理的拼接时间,使得拼接后受到的收缩徐变影响不致使拼接缝处开裂。
3.2 新旧桥拼接后平面变形分析与拼接时机
新旧桥拼接运营后,新桥混凝土的收缩徐变可使拼接后的新旧箱梁在水平面内产生弯曲和变形,如果平面变形过大可能造成箱梁支座脱空等不利情况。考察位置为新箱梁的各桥墩、台支座截面处。通过在四种拼接时机下平面变形的对比,研究最优的拼接时机。
3.2.1 新旧桥平面纵向变形
图2为新旧桥最大纵向位移随搁置天数变化图。在新桥建成后搁置0 d,1个月,3个月和6个月四种情况下,拼接之后运营1 000 d过程中由新桥收缩徐变引起的旧桥和新桥各支座处的平面纵向变形值。其中由于旧桥的纵向变形较小,故只取最大变形值。
由图2可见,随着新桥搁置天数的增加,新旧桥的最大纵向位移都越来越小。如果新桥刚建成就拼接,拼接后由新桥收缩徐变引起的纵向变形最大,而随着新桥建成后在拼接前的搁置时间变长,在拼接后由收缩徐变引起的新桥纵向变形越小,这样对新旧桥拼接也就越有利。
3.2.2 新旧桥平面横向变形
横向变形是和纵向变形相互关联的,它们有着近似的规律。表2,表3分别为在四种新桥搁置情况下,拼接之后运营1 000 d过程中由新桥收缩徐变产生的旧桥和新桥各支座处的平面横向变形值。
mm
mm
由表2,表3可以看出,旧桥箱梁在1—a支座处发生最大横向变形,而新桥在1′—b支座处发生最大横向变形。随着新桥搁置天数的增加,新旧桥的最大横向变形都越来越小。可见由新桥收缩徐变引起的新旧桥箱梁平面弯曲的影响是明显的。且随着新桥建成后在拼接前的搁置时间变长,在拼接后由收缩徐变引起的新旧桥横向变形呈随时间变小的趋势。
4 结语
从拼接后新桥收缩徐变引起的新旧桥箱梁平面纵向变形和横向变形来看,最大纵向变形值和横向变形值均随着新桥建成后搁置时间的变长而减小,说明新桥建成后越晚拼接,对新旧桥拼接后受力也就越有利。随着新桥搁置天数的增长,变形曲线越来越缓,说明如果搁置时间再往后推移,引起的平面变形的减小值也会越来越小,且如果搁置太长时间对施工并不经济,因此建议新旧桥宜在新桥建成搁置6个月后拼接。
参考文献
[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[2]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[3]JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[4]JTJ 021-1989,公路桥涵设计通用规范[S].
[5]JTJ 023-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].