桥墩加固设计计算研究

张贤文，李浩宇

(益阳市交通规划勘测设计院，湖南益阳 413000)

桥墩是位于桥梁的中间部位，支承相邻两跨上部结构的建筑物，多数的桥墩是由砖石砌体、混凝土和钢筋混凝土构建组成。其作用是将上部结构传来的荷载，可靠而有效地传给基础，因而上部结构的变化和影响、基础以下结构的变化与影响，都将会对桥墩产生影响和损坏。因此，桥墩的强度和稳定性在很大程度上也决定了桥梁的耐久性。桥墩承载力不足，或出现沉降、倾斜、位移及转动，将引起上部结构的损坏，严重时会导致整座桥梁的坍塌。桥墩的缺陷与病害主要由承载能力不足、沉降、倾斜、移动、转动及开裂等。

目前桥墩的加固设计方法有很多种，传统的一些方法有钢筋混凝土套箍或护套加固贯通裂缝的墩台法，用支撑法或增建挡土墙处理墩台位移，用顶升加固产生过大沉降的桥梁结构等。因此，桥墩的加固设计计算对于桥梁的荷载承受能力，整个桥梁的稳定性及可靠度，都起着至关重要的作用。

1 桥墩加固设计

1.1 工程概况

某桥属于市级危桥改造工程，设计荷载等级为公路-Ⅱ级，桥梁的0号台和5号台分别连接县道，上部结构为5×20 m预应力混凝土空心板桥，全长105.06 m，桥面连续，桥宽7 m，其中行车道宽6 m，双向2车道，防撞栏0.5 m，预应力空心板结构高度为0.95 m，一跨共5块板，混凝土标号为C40，下部结构采用柱式墩台、双柱式桥墩，混凝土标号为C25。该桥位于6度地震区，地震反应谱特征周期为 0.35 s，地震动峰值加速度为 0.05g。

1.2 桥梁结构简图及计算方法

下部结构采用柱式墩台、双柱式桥墩，混凝土标号为C25，结构简图见图1。

图1 结构简图

本次计算采用Midas/cicil进行计算，该桥桥墩设计为双柱式桥墩，由于施工原因导致4#桥墩出现6 cm倾斜，考虑4#墩柱正常情况下与倾斜情况下两种工况，对两种工况在荷载作用下进行了对比分析。

1.3 计算荷载及相关参数取值

计算主要考虑了永久作用和可变荷载作用，其荷载计算主要参数取值见表1，板式橡胶支座参数取值见表2。

2 墩柱荷载内力计算

桥墩墩柱恒载包括上部结构的恒载反力、盖梁自重，以及墩柱自重。墩柱承受的荷载按设计荷载进行不利加载计算，最后经恒载、活载、支座摩阻力和汽车制动力等组合，计算墩柱在组合荷载作用下控制截面内力。

表1 荷载计算主要参数取值

表2 板式橡胶支座参数取值

2.1 桥梁上部结构反力计算

该桥上部结构为5×20 m简支预应力混凝土空心板桥，桥面连续，桥宽7 m，其中行车道宽6 m，双向2车道，防撞栏0.5 m，每块板高为0.95 m，采用C40混凝土，桥面横坡为2%，桥面铺装采用15 cm厚C40防水混凝土。上部结构荷载最大反力设计值见表3。下部结构采用柱式墩台、双柱式桥墩，混凝土标号为C25。

表3 上部结构荷载最大反力设计值 kN

2.2 4#墩荷载内力计算

桥梁墩柱荷载内力主要计算墩柱经恒载、活载、支座摩阻力和汽车制动力等组合荷载作用下控制截面内力。

组合荷载作用下控制截面内力。荷载作用墩柱正常情况与墩柱倾斜情况下的弯矩对比、位移对比、应力对比均见表4。

表4 荷载作用下墩柱正常情况与倾斜情况弯矩对比、位移对比及应力对比

由表4可知:在荷载组合作用下，4#墩柱正常情况和倾斜6 cm情况两种情况对比，柱底弯矩、柱底位移及柱底应力均相差较小。在荷载组合作用下，墩柱底部均未出现拉应力，均为全截面受压状态。墩柱正常情况下，柱底左侧应力与右侧应力分别为-3.195 MPa(压)、-1.531 MPa(压);墩柱倾斜6 cm情况下柱底左侧应力与右侧应力分别为-3.437 MPa(压)、-1.286 MPa(压)。与柱正常情况下相比，左侧压应力偏大0.242 MPa、右侧压应力偏小0.245 MPa，两者偏差均较小。

3 结论

通过以上墩柱加固设计与计算，在荷载基本组合作用下，墩柱底部控制截面混凝土均未出现拉应力，墩柱底部均处于全截面受压状态。4#墩柱正常情况下柱底左侧应力与右侧应力分别为-3.195 MPa(压)、-1.531 MPa(压)。4#墩柱倾斜 6 cm 情况下柱底左侧应力与右侧应力分别为-3.437 MPa(压)、-1.286 MPa(压)，与柱正常情况下相比，左侧压应力偏大0.242 MPa、右侧压应力偏小0.245 MPa，两者偏差均较小。与柱正常情况下相比，4#墩柱在倾斜6 cm情况下，墩柱控制截面的应力变化较小，墩柱处于全截面受压状态。设计荷载作用下，能满足桥梁的受力要求，可不需要进行加固处理。

［1］顾安邦.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］蒙 云.桥梁加固与改造程［M］.北京:人民交通出版社，2004.