不同高度肋板式桥台受力分析★

赵香玲 王丰仓

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

不同高度肋板式桥台受力分析★

赵香玲 王丰仓

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

基于40 m有裂缝运营桥台调查,总结出桥台高度对肋板式桥台的受力影响比较敏感，针对此问题利用Midas/Civil建立肋板桥台高度分别为8 m,10 m,12 m,14 m的40 m跨径桥梁三维有限元分析模型。分析在汽车中载、人群荷载、温度荷载、混凝土收缩徐变作用下肋板桥台结构力学特性。结果表明：作用荷载不变时，随桥台高度增加台帽顺桥向位移逐渐减小，横向应力增幅达3%。

肋板式桥台,最大位移,最大主拉应力

0 引言

作为支撑桥跨结构传递桥上部恒载和活载的桥梁重要结构桥台，能够抵挡路基土侧向压力防止填土滑坡和坍落，因此桥台的稳定性对于线路运行的安全起着重要作用。经济的快速发展需要建立更便捷的交通运输网，而交通运输网的快速构建在穿越丘陵和山区时需要建立更大跨度的桥梁。在建立大跨度高桥台时肋板式桥台被广泛运用在桥梁设计中，在调查了诸多现运营的桥梁，发现肋板式桥台高度在8 m以下运营良好，而桥台高度在8 m以上时桥台台帽、台帽跨中底部及台帽顶等出现了不同程度的开裂甚至破坏，有的甚至严重影响桥梁运营安全。

目前对于上述问题已有一定的研究，孙治国[1]基于pushover静力分析技术模拟在主梁撞击下的破坏，通过不同有限元假定模拟桥台破坏得出了通过给桥台混凝土中配置一定量分布的钢筋可以有效减小桥台的破坏。

祝志文[2]基于现有半圆形桥台，运用CFD流体力学的方法数值模拟冲刷发展过程中，桥台周围复杂三维流场分析桥台局部受到的冲刷。

贺薇[3]通过现场测试肋板桥台在其背后填土作用桥台水平位移变化数值，得出桥台背侧填土采用土工格栅分层铺设的方法可以有效控制桥台发生水平位移变化值。诸多对桥台稳定性各种因素的研究中[4-9]，目前诸多研究关于桥台高度对肋板桥台的影响较少，为此设计不同桥台高度的有限元模型研究桥台高度对肋板桥台的受力分析。

1 数值模型

为了简化计算桥梁上部结构采用装配式预应力C50混凝土40 m跨径T型简支梁[11]，桥面单幅宽12.75 m两片T梁之间采用0.3 m×2.5 m横向虚梁连接。下部结构选取8 m，10 m，12 m和14 m肋板式桥台，选取4根端承桩为基础。肋板桥台采用C30混凝土并配有HRB335钢筋，桥台与端承桩埋入土中。承台背侧填土为γ=18 kN/m3沙土，内摩擦角φ=30°台前坡度为1∶1.5。肋板桥台详细尺寸：背墙高2.5 m、背墙宽12.55 m、背墙厚0.65 m、耳墙宽2.8 m、耳墙短边高1.35 m、耳墙长边高4.5 m、台帽长12.55 m、台帽宽度1.7 m、台帽高1.45 m、肋板顶边长度1.55 m、两肋板外边缘距离8.05 m、承台最长长度9.05 m、承台最短宽度1.5 m和承台高度1.5 m，其他详细尺寸见表1。肋板三维模型见图1，40 m跨径T梁桥示意见图2，40 m桥横截面示意图如图3所示。

表1 不同高度桥台各部位的具体尺寸 m

2 土压力计算

因肋板桥台在运营过程中不仅承受桥梁上部结构的汽车荷载和人群荷载，还要承受桥台后填土产生的主动土压力、桥梁上部动荷载产生的土侧向压力及台前溜坡压力，同时忽略纵、横向风力、流水压力、冰压力、船只或漂浮物的撞击力等。在分析桥台北侧土压力时依据库仑土压力理论，在此分析过程中依据主动土压力计算。依据《公路桥涵设计通用规范》[12]：

(1)

(2)

ω=α+δ+φ

(3)

土压力系数按规范4.2.3条：

(4)

肋板桥台台帽背墙土压力为：

(5)

(6)

对桥台身顶部力劈肋板桥台台帽背墙土压力对台身顶所受合力弯矩为：

M=E×C

(7)

上部结构受力计算依据《公路桥涵设计通用规范》，忽略桥上部动荷载对40跨径桥梁的作用，土压力计算结果如表2所示。

表2 不同台高时桥台各个部位的土压力

3 有限元分析

运用有限元软件Midas/Civil和Midas/FEA分别对跨径为40简支T型梁桥，数值计算桥梁在受到上部中载作用下肋板桥台力学性能分析[13,14]。考虑人群荷载、温度荷载、混凝土收缩变形的影响，将动荷载转化为静荷载将其施加在桥梁上部结构，数值分析其对肋板桥台产生的荷载，再将荷载等效施加在肋板桥台上对其进行受力力学特性分析。为了简化计算将桥梁上部结构按照纵向和横向为0.4×1网格进行划分。运用有限元软件Midas/Civil数值模拟分析，在静荷载作用下不同高度肋板桥台进行线性分析，为了简化分析肋板桥台受力数值模拟结果，选取承台、桥台顶面、地面、台身中点、台身、台帽中和边缘节点，选取了22个关键点进行位移变化和应力变化分析，节点详细位置如图4所示。DY肋板桥台顺向位移、SXX横向轴应力、P1最大主拉应力，计算云图示意见图5～图7。

3.1 顺桥向桥台的位移

桥台高度发生变化时，肋板桥台在中心荷载作用下顺桥向桥台位移也随之发生变化，随桥台高度的增加顺桥向桥台位移也随之减小，如图8所示。在上部结构所传递荷载不变的情况下，不同高度肋板桥台相同位置处顺桥向桥台位移差异较大，肋板底部相比其他部位顺向位移最小。分析顺向位移变化曲线得出，尽管桥台高度不同但其变化规律有相同之处，顺向位移变化都是从肋板桥台顶部向底部逐渐减小。

3.2 最大主拉应力

桥台高度不同对肋板桥台各部位最大拉应力差异不大，各节点最大主拉应力变化示意图见图9。在上部静荷载不变的情况下，不同高度桥台肋板的不同部位最大主拉应力差异较大，肋板桥台顶部主拉应力较大，其最大值达1.76 N/mm2且台帽中点处P1小于C30混凝土的抗拉强度标准值。

3.3 横向应力

随桥台高度不同，肋板桥台各点横向应力变化较大示意见图10。在上部结构静荷载不变的情况下，肋板桥台承台和台帽承受压力作用，且承台中点周围区域各节点所受压力随桥台高度变化不大。而台帽处轴向压力较大，且在桥台中部随桥台高度变化肋板桥台轴向应力变化较大，随高度变化随之增大。

4 结语

运用有限元软件对跨径为40桥梁，在中载作用下进行数值计算得出以下结论：

1)在中载作用下肋板桥台随桥台高度的增加顺桥向位移随之减小，肋板桥台底部位移最小。

2)中载作用下横向应力，随桥台高度的变化以3%的增幅增大，而桥台肋板最大拉主应力随肋板厚度增加而减小。

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The force analysis of different height of ribbedplate abutment★

Zhao Xiangling Wang Fengcang

(ShaanxiRailwayInstitute，Weinan714000，China)

Based on the investigation of the crack operation of the 40 m bridge, it is concluded that the abutment height is sensitive to the influence of ribbedplate abutment. In this paper, the three-dimensional finite element analysis model of 40 m bridge with Midas/Civil is established, to analysis 8 m,10 m,12 m,and 14 m ribbedplate abutment. Analyse the mechanical properties of the ribbedplate abutment under the influence of car load, crowd load, temperature load, creep and shrinkage of concrete. The experimental results showed that： the loading is unchanged, the cap displacement along the bridge is decreases with the abutment height increase, the lateral stress is increase with 3%.

rib-plate-shaped bridge abutment, maximum displacement, maximum principal tensile stress

1009-6825(2017)21-0132-04

2017-05-15★：陕西省渭南市科研发展计划项目(2015KYJ-3-2)

赵香玲(1988- )，女，硕士，助教; 王丰仓(1985- )，男，讲师

U443.21

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