超厚卵石土条件下上承式连拱桥受力仿真分析

2017-08-28谢小辉

黑龙江交通科技 2017年6期

关键词：拱圈基桩卵石

谢小辉

(贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州贵阳 550004)

超厚卵石土条件下上承式连拱桥受力仿真分析

谢小辉

(贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州贵阳 550004)

通过受力仿真计算分析可得到成桥状态下桥梁结构强度、刚度等是否满足规范安全要求，进而验证该桥梁结构设计的安全性，为项目提供可靠的计算依据，同时可为类似地质条件下同类型桥梁建设提供借鉴和参考。

上承式连拱桥；高卵石土地基；仿真计算分析；强度刚度

1 工程概况

五榕大桥为贵州省榕江县内跨越寨蒿河的一座三跨钢筋砼上承式连拱桥，各孔跨均为净跨径50 m的等截面钢筋砼箱型拱，净矢跨比1/5，净矢高10 m，拱轴线为悬链线，拱轴系数2.814，拱圈采用单箱三室截面，截面高1.35 m，截面宽10 m，各腹板厚25 cm，上、下翼缘厚20 cm。腹拱为L0=3.8 m的等截面圆弧钢筋混凝土板拱，板厚40 cm。主拱圈采用支架现浇施工。

2 有限元模型

采用Midas civil有限元软件对五榕大桥建立相应全桥空间有限元模型进行仿真计算分析。

成桥状态下，全桥所受的荷载包括自重、二期恒载、汽车荷载、人群荷载、温升、温降和混凝土收缩等。拱桥各构件均采用梁单元进行模拟，除主拱圈及基桩外，其余均采用虚拟梁单元，相应结构自重以换算为外加荷载形式施加在相应结构单元上。为较准确地模拟上承式拱桥的传力机理，横墙、桥面板等拱上结构采用“释放梁端约束”设置，使拱圈上各构件对主拱圈无弯矩传递作用。全桥仅在各基桩底部及第三跨主拱圈右侧拱脚处施加固定约束。

该桥位下地质情况较复杂，相应各墩台处地质情况如表1所示。

表1 各墩台处地质情况

根据相关实验资料，相应粉质粘土夹碎石地基的压缩模量为11 MPa，桩侧阻力标准值为60 kPa；沙卵石土的压缩模量为21 MPa，桩侧阻力标准值为160 kPa；强风化砾岩相应桩侧阻力标准值为200 kPa。为较精确地模拟地基对桥梁的作用，各层地基对桥梁基桩水平阻力及竖向摩擦力则通过对各基桩桩身施加点弹簧约束进行模拟，点弹簧刚度通过各层地质压缩模量及桩侧摩阻力并结合桩身尺寸计算得到。

3 仿真计算结果

3.1 主拱圈正截面抗压承载力

主拱圈为偏心受压构件，在进行偏心受压验算时，主要进行主弯矩最大、主弯矩最小、轴力最大和轴力最小四种偏心受压验算。相应偏心受压承载力强度系数可通过下列公式计算获得：

Md=Nde=Ndηe0

式中：ξ为偏心受压承载力强度系数；Nrc为钢筋混凝土截面的偏心抗压承载力；Nd为主弯矩最大、主弯矩最小、轴力最大和轴力最小四种偏心受压类型相应轴向力的组合设计值；Md为相应于轴向力的弯矩组合设计值。

通过计算，可得主拱圈结构成桥状态下正截面抗压承载力强度系数如图1所示(图1中拱圈坐标以各拱圈相应左拱脚处为坐标原点)。

由图1计算结果可知，三跨主拱圈各截面抗压强度系数均大于1，满足相关规范安全要求，同时具有一定安全储备。

图1 主拱圈抗压承载力

3.2 主拱圈裂缝宽度

通过计算可得各跨主拱圈主要截面裂缝宽度如图2所示。

图2 主拱圈裂缝宽度

由上图计算结果可知，三跨主拱圈各截面裂缝宽度均小于0.2 mm，满足相关规范抗裂性要求。

3.3 全桥纵向刚度

由于该桥梁为三跨上承式钢筋混凝土连拱桥，相应边跨两岸桥台处所受水平推力较大，而0#桥台和1、2#桥墩处基桩较长，且基桩处在较深的卵石土层中，相应基桩将成为柔性桩，在较大水平推力作用下，必将产生一定的水平位移，而较大的水平位移对超静定结构的无铰钢筋混凝土拱桥是非常不利的。因此，现需对该桥梁在当前状况下各跨拱圈两拱脚相对位移进行验算，进而确定该桥梁纵向刚度上是否满足安全性要求。

通过计算，在标准组合作用下，可得各拱圈两拱脚处水平位移如下表所示。