傾斜橋墩的安全性評(píng)估

1、傾斜橋墩的安全性評(píng)估王建利（第一作者）（貴州橋梁設(shè)計(jì)院有限公司，貴州，貴陽550001）胡靖（第二作者）（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州，貴陽550081）摘要：位于貴州省松桃至從江高速公路銅仁壩灌溪至玉屏大龍段的尖坡II號(hào)大橋由于施工原因，導(dǎo)致左幅1#墩左側(cè)立柱橫向傾斜。本文建立有限元模型對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)與豎直橋墩計(jì)算結(jié)果對(duì)比，研究其傾斜度的影響；并分別建立全橋模型及單獨(dú)墩柱模型，通過對(duì)比，提出一種橋墩有限元計(jì)算的簡(jiǎn)化方法。關(guān)鍵詞：橋墩；傾斜；安全性；簡(jiǎn)化計(jì)算方法中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：模型B：左幅全橋模型，1#墩左立柱傾斜;有限元模型A1基本概況模型C：左幅1#墩模型，左

2、立柱傾斜。尖坡II號(hào)大橋左幅為5X40米、右幅設(shè)6X40米預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T型梁。由于施工原因，左幅1#橋墩左側(cè)立柱自橫系梁之上，向橋梁外側(cè)發(fā)生橫向傾斜，立柱頂最大傾斜6cml。左幅1#墩左側(cè)立柱23m，右側(cè)立柱23.34m，橫坡5%。其結(jié)構(gòu)型式見下圖：有限元模型B本橋橫向共5片T梁，橋面布置為0.5m（防撞護(hù)欄）+11.25m（三車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）=12.25m。結(jié)構(gòu)體系采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。T梁采用C50混凝土，橋墩采用C30混凝土。有限元模型采用有限元程序Midas分別建立如下三個(gè)有限元模型：模型A：左幅全橋模型，1#墩左立柱豎直；有限元模型C全橋模型A、B上部結(jié)構(gòu)

3、為T梁，采用梁格法進(jìn)行模擬，在1#墩位置，各片T梁均傳力至蓋梁上相應(yīng)位置。1#墩有限元模型采用梁?jiǎn)卧謩e模擬其蓋梁、墩柱及系梁。左側(cè)立柱在系梁以上部分逐漸線性像外側(cè)偏移6cm。假設(shè)1#墩承受的自重荷載范圍為單跨即40m。通過計(jì)算，單跨T梁自重為6500KN，則各支座相應(yīng)位置作用荷載為1300KN；每片T梁承受二期鋪裝為10.6KN/m，則各支座相應(yīng)位置作用荷載為10.6X40=421KN；兩側(cè)混凝土防撞護(hù)欄為9.1KN/m，由邊梁承受，則邊支座相應(yīng)位置作用荷載為9.1X40=364KN；汽車荷載傳至相應(yīng)支座位置處的荷載值需通過影響線進(jìn)行荷載分布。由于墩柱受力主要表現(xiàn)為小偏心受壓構(gòu)件，因此可以按

4、照立柱軸力影響線進(jìn)行活載分布。1#墩左立柱軸力影響線如下圖：1#墩左側(cè)立柱軸力影響線因此，最不利活載分布為橫向靠左布置3車道，縱向在第1、2跨內(nèi)滿布活載。按照公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)之規(guī)定，計(jì)算蓋梁上靠左3個(gè)支座對(duì)應(yīng)位置分別作用740KN的豎向荷載，以代表活載的最不利分布。橋墩傾斜安全性驗(yàn)算采用有限元模型B，考慮溫度荷載、恒荷載、汽車荷載及混凝土收縮、徐變等，對(duì)1#墩進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算2，此處僅列出1#墩左立柱墩頂、中央高度、系梁位置及墩底4個(gè)位置的驗(yàn)算結(jié)果。驗(yàn)算結(jié)果如下表所示，由結(jié)果可知，1#墩左立柱最小強(qiáng)度系數(shù)為1.91，故墩柱強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。表1墩柱強(qiáng)度驗(yàn)算單元驗(yàn)算類型

5、外荷載效應(yīng)(KN)強(qiáng)度(KN)強(qiáng)度系數(shù)驗(yàn)算1479最大軸力偏壓驗(yàn)算9959352383.5OK1479最小彎矩偏壓驗(yàn)算8516365034.3OK1479最大軸力軸壓驗(yàn)算9959239992.4OK1479最大彎矩偏壓驗(yàn)算8363344504.1OK1485最大軸力偏壓驗(yàn)算10570355343.4OK單元驗(yàn)算類型外荷載效應(yīng)(KN)強(qiáng)度(KN)強(qiáng)度系數(shù)驗(yàn)算1485最大彎矩偏壓驗(yàn)算10347353713.4OK1485最大軸力軸壓驗(yàn)算10570239992.3OK1485最小彎矩偏壓驗(yàn)算7225363585.0OK1490最大軸力偏壓驗(yàn)算11109357733.2OK1490最大彎矩偏壓驗(yàn)算11

6、071357323.2OK1490最大軸力軸壓驗(yàn)算11109239992.2OK1490最小彎矩偏壓驗(yàn)算7540366294.9OK1503最大軸力偏壓驗(yàn)算12738366552.9OK1503最大彎矩偏壓驗(yàn)算12598366302.9OK1503最大軸力軸壓驗(yàn)算12738239991.9OK1503最小彎矩偏壓驗(yàn)算9010360744.0OK橋墩傾斜對(duì)安全性影響采用有限元模型A,考慮荷載同有限元模型B,對(duì)1#墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，其驗(yàn)算結(jié)果見下表。通過與表1中數(shù)據(jù)對(duì)比，墩柱頂部及系梁以下，橋墩傾斜與否對(duì)其受力影響較小，僅在立柱中央高度位置影響較大；橋墩傾斜導(dǎo)致立柱中央高度附近外荷載效應(yīng)增大16

7、%。表2有限元模型A墩柱強(qiáng)度驗(yàn)算單元驗(yàn)算類型外荷載效應(yīng)(KN)強(qiáng)度(KN)強(qiáng)度系數(shù)驗(yàn)算1479最大軸力偏壓驗(yàn)算9997359783.6OK1479最小彎矩偏壓驗(yàn)算8579360984.2OK1479最大軸力軸壓驗(yàn)算9997239992.4OK1479最大彎矩偏壓驗(yàn)算8364351584.2OK1485最大軸力偏壓驗(yàn)算10607360473.4OK1485最大彎矩偏壓驗(yàn)算8640365054.2OK1485最大軸力軸壓驗(yàn)算10607239992.3OK1485最小彎矩偏壓驗(yàn)算8953357364.0OK1490最大軸力偏壓驗(yàn)算11147361023.2OK1490最大彎矩偏壓驗(yàn)算11089360

8、593.3OK1490最大軸力軸壓驗(yàn)算11147239992.2OK1490最小彎矩偏壓驗(yàn)算7576363084.8OK1503最大軸力偏壓驗(yàn)算12738366362.9OK1503最大彎矩偏壓驗(yàn)算12590366102.9OK1503最大軸力軸壓驗(yàn)算12738239991.9OK1503最小彎矩偏壓驗(yàn)算9009361044.0OK橋墩驗(yàn)算簡(jiǎn)化方法研究如上所述，有限元模型C僅建立橋墩的有限元模型，對(duì)其上部結(jié)構(gòu)傳下的恒荷載簡(jiǎn)化后加載與蓋梁上支座對(duì)應(yīng)位置；對(duì)上部結(jié)構(gòu)傳下來的活荷載，通過計(jì)算橋梁縱向及橫線的影響線，按照影響線進(jìn)行活載加載。現(xiàn)采用有限元模型C對(duì)左立柱進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如下表所示。通

9、過與表1即全橋有限元模型(考慮橋墩傾斜)計(jì)算結(jié)果對(duì)比，單獨(dú)建立的橋墩有限元模型計(jì)算結(jié)果與全橋模型計(jì)算結(jié)果較為接近，最大相差12%。由此，可以認(rèn)為本文所采用的單獨(dú)橋墩有限元模型簡(jiǎn)化計(jì)算方法是可行的。過橫、縱向影響線加載方式加載至蓋梁相應(yīng)位置的簡(jiǎn)化方法是簡(jiǎn)單可行的。參考文獻(xiàn)單元驗(yàn)算類型外荷載效應(yīng)(KN)強(qiáng)度(KN)強(qiáng)度系數(shù)驗(yàn)算1479最大軸力偏壓驗(yàn)算9780365183.7OK1479最小彎矩偏壓驗(yàn)算8634365964.2OK1479最大軸力軸壓驗(yàn)算9780239992.5OK1479最大彎矩偏壓驗(yàn)算8878360474.1OK1485最大軸力偏壓驗(yàn)算10390358953.5OK1485最大彎

10、矩偏壓驗(yàn)算10240359433.5OK1485最大軸力軸壓驗(yàn)算10390239992.3OK1485最小彎矩偏壓驗(yàn)算6390358955.6OK1490最大軸力偏壓驗(yàn)算10929354173.2OK1490最大彎矩偏壓驗(yàn)算10929354173.2OK1490最大軸力軸壓驗(yàn)算10929239992.2OK1490最小彎矩偏壓驗(yàn)算6689358485.4OK1503最大軸力偏壓驗(yàn)算12555366792.9OK1503最大彎矩偏壓驗(yàn)算12555366792.9OK1503最大軸力軸壓驗(yàn)算12555239991.9OK1503最小彎矩偏壓驗(yàn)算9030363174.0OK表3有限元模型C墩柱強(qiáng)度驗(yàn)算沈鐵鋼，馮棟發(fā)，沈芳上塘高架橋131號(hào)134號(hào)墩梁病害分析研究J.山西建筑.2009(31).祝小龍，趙春花，周成濤.某高架橋橋墩傾斜成因分析及安全評(píng)估J中外公路,2013(04).6結(jié)論本文以貴州省松桃至從江高速公路銅仁壩灌溪至