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        雙柱式鋼筋混凝土柔性墩加固設計方案比選研究

        2020-03-20 05:04:56
        山西建筑 2020年5期
        關鍵詞:墩頂墩身限值

        馬 丁 紅

        (甘肅公路航空旅游研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

        1 概述

        1.1 原理

        柔性橋墩[1]是將多孔簡支梁、橋墩、承臺用支座連接起來,形成多跨結構,以共同承擔橋跨傳來的水平荷載,此水平荷載按橋墩的實際剛度進行分配,故可以大大減少柔性墩承擔的水平荷載,而使大部分水平荷載傳往剛性橋墩,進而使得柔性墩的設計尺寸減小,降低工程造價。

        剛度比較小作為雙柱式柔性墩的顯著特點,受水平荷載后雙柱式柔性墩允許在一定范圍內發(fā)生變形,將橋跨結構傳來的水平荷載傳遞到每個墩臺,使得單個橋墩所受到的水平荷載減少,從而達到橋墩截面減少的目的。本文通過橋墩截面填實、橋墩斜撐增加、墩身加寬及下部墩身加寬等方案,通過midas civil軟件建模分析在各加固方案下橋墩的特性。

        1.2 加固目的

        我國經濟增長的同時鐵路運輸行業(yè)也得到了翻天覆地的變化,寧夏計劃在靈武至寧東運煤專線開行C80萬噸運煤專列,從而提高其運輸能力。根據檢測單位對線路既有橋梁進行的靜動載荷載實驗結果[2],沿線大部分橋梁墩柱自振頻率超出鐵運函[2004]120號鐵路橋梁檢定規(guī)范(以下簡稱《橋檢規(guī)》)規(guī)定的限值,已不滿足現(xiàn)行通行條件,因此需對墩柱進行加固,確保武寧線安全通行。

        1.3 分析方案

        本論文采取的加固方案[3]有:方案一:將雙柱式橋墩填實成為矩形;方案二:填實后增加斜撐;方案三:增加墩身寬度至6 m,墩身厚度不變;方案四:增加墩寬度至5 m,厚度至1.5 m;方案五:墩身上部(不包括墩帽)5 m段填實,下部7 m段加寬至5 m,增厚至1.5 m,中間1 m段過渡。

        1.4 分析方法

        選取該橋橋墩自振頻率、墩頂振幅、墩身最大拉應力、墩身最大壓應力、制動力位移為評價參數(shù)[4],建立有限元模型,分析原橋墩評價參數(shù)、橋墩加固后各方案的評價參數(shù)與《橋檢規(guī)》相關規(guī)定值進行比較,選取最優(yōu)加固方案。

        2 應用實例

        2.1 原橋概況

        橋梁位于靈武至寧東鐵路支線DK85+35處,于1977年9月建成通車,該橋結構型式為:4-24 m預應力混凝土簡支梁橋,橋梁位于2.3‰坡度直線段上;下部結構為雙柱式鋼筋混凝土柔性墩,橋墩為C25混凝土。

        2.2 原結構模擬

        2.2.1midas建模參數(shù)

        承臺采用板單元,承臺—橋墩采用梁單元,墩采用梁單元,利用midas/Civil建立橋墩模型[5],墩臺模型每0.5 m為一個有限元單元。整體劃分為80個節(jié)點,89個單元:承臺底約束條件底采用一般支承,6個自由度約束,承臺頂和墩底采用共用節(jié)點的方式連接。

        2.2.2模擬計算荷載

        根據橋梁實際受力情況,整理模擬計算荷載見表1。

        表1 模擬計算荷載表

        2.2.3原模型計算結果

        根據midas建模結果,得到原橋及各方案下橋墩振幅見圖1~圖6,原橋及各方案下評價參數(shù)指標對比見表2~表7。

        表2 原橋墩評價參數(shù)對比表

        由表2中相關數(shù)值可知,墩頂振幅實測值和理論計算值均已超出了《橋檢規(guī)》規(guī)定限值,且理論值與實測值比較接近,說明理論計算值有一定的參考性。墩身最大拉應力及最大壓應力理論計算值在C80列車荷載作用下,其值已經超出了C25混凝土的最大壓應力值,經與管理運營單位溝通,需對該橋墩進行加固。

        3 方案計算結果

        3.1 方案一

        表3 方案一評價參數(shù)對比表

        由表3中相關數(shù)值可知,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移理論計算值滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值,但墩身最大拉應力、墩頂振幅理論計算值不滿足鐵運函[2004]120號鐵路橋梁檢定規(guī)范規(guī)定限值。

        3.2 方案二

        表4 方案二評價參數(shù)對比表

        由表4中相關數(shù)值可知,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移理論計算值滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求,但墩身最大拉應力、墩頂振幅理論計算值滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求。

        3.3 方案三

        表5 方案三評價參數(shù)對比表

        由表5中相關數(shù)值可知,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂振幅、墩頂制動力位移理論計算值滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求,但墩身最大拉應力理論計算值滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求。

        3.4 方案四

        表6 方案四評價參數(shù)對比表

        由表6中相關數(shù)值可知,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂振幅、墩頂制動力位移、墩身最大壓應力理論計算值均滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求。

        3.5 方案五

        表7 方案五評價參數(shù)對比表

        由表7中相關數(shù)值可知,墩頂制動力位移、墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂振幅、墩身最大壓應力理論計算值均滿足《橋檢規(guī)》規(guī)定限值要求。

        4 方案比選結論

        由以上分析可知:

        1)方案一、方案二對原橋墩只增加充實橋墩和充實后增加斜撐情況下,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移能滿足《橋檢規(guī)》的相關規(guī)定,但墩身最大拉應力、墩頂振幅均超出《橋檢規(guī)》規(guī)定限值。

        2)方案三對原橋墩只增加寬度情況下,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移、墩頂振幅能滿足《橋檢規(guī)》的相關規(guī)定,但墩身最大拉應力超出《橋檢規(guī)》規(guī)定限值。

        3)方案四、方案五對原橋墩既增加寬度又增加厚度情況下,墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移、墩頂振幅、墩身最大拉應力均能滿足《橋檢規(guī)》的相關規(guī)定,但方案五混凝土增加量偏少,從各方面都比較理想。

        5 結語

        雙柱式鋼筋混凝土柔性墩加固時,通過選取不同加固形式和截面尺寸,可以同時提高橋墩墩頂自振頻率、墩身最大壓應力、墩頂制動力位移、墩頂振幅、墩身最大拉應力,并且取得很好的加固效果,適用于對提載要求較高的舊橋橋墩加固處理。

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