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柱式桥墩指的是墩身由一个或几个立柱所组成的桥墩

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-09  浏览次数:0
核心提示:中国桥检车租赁网当地报道:随着我国西部大开发,西部高速公路建设迅猛发展。西部山区的地形、地貌、地质条件十分复杂,有些地段生态环境特别脆弱。为了保护西部自然生态环境和山区有限的耕地资源,尽量少挖少填,多架
 中国桥检车租赁网当地报道:随着我国西部大开发,西部高速公路建设迅猛发展。西部山区的地形、地貌、地质条件十分复杂,有些地段生态环境特别脆弱。为了保护西部自然生态环境和山区有限的耕地资源,尽量少挖少填,多架桥梁,故西部山区高速公路桥梁往往架在陡坡上,其桥墩和基础常采用桩柱一体式。赵明华等研究表明,桩柱式高桥墩桩基可能存在使柱、桩、土三者共同作用体系最为协调的最优柱桩刚度比;对高陡边坡桥梁基桩内力及位移计算的有限差分法和幂级数解是合理的,并提出了高陡横坡段桥梁双桩结构内力位移计算方法;通过室内试验研究不同组合荷载及加载方式条件下高陡边坡基桩弯矩及桩顶水平位移的情况。高陡边坡双桩柱基础既具有普通桩基的承荷作用,又具有抗滑桩的阻滑作用,且其高墩会对桩顶水平荷载的作用效果起到放大的作用,中间横梁又影响了前后排桩的桩身位移,荷载在前后排桩间会重新分配。
陡坡段桥梁基础的复杂性表现在基桩受荷系统、基础与桥墩承载机理及陡坡与桥梁的相互作用上:高墩双桩具有上、中横梁联系,且位于高陡边坡上,各基桩不仅要承受侧向岩土体的水平抗力,同时须承受来自上部的轴向与水平荷载作用,属于典型的轴、横向共同受荷桩;由于受力环境的特殊及桩岩土体系相互作用的复杂性,陡坡桩基的承载及桩柱式桥墩承载机理十分复杂。中间横梁的受力机理、荷载在前后桩间的分配都有待更深入的研究,因此,对高陡边坡高墩双桩的研究具有十分重要的意义。
随着计算机技术的发展,有限单元法不仅应用到边坡稳定性的分析中,而且在工程各领域得到普及,基于有限元理论的多种大型有限元计算软件也为人们用有限元法进行计算分析提供了便利的途径。作者根据湖南西部山区某高速公路陡坡工程地质条件和高陡横坡桥梁的高墩双桩基础工程实例,采用美国大型有限元计算软件 ADINA,从加载顺序、桩周岩(土)体弹性模量、墩高变化、桩径变化、桩间距变化、混凝土等级变化等多种因素对桩基承载特性的变化进行了有限元分析,以便为高陡边坡高墩双桩的设计和施工提供参考。
1 计算模型
几何与物理力学参数
中国桥检车租赁网当地报道:根据湖南西部山区张(家界)花(垣)高速公路某陡坡双桩柱式桥墩的工程实际情况,建立三维有限元模型。模型桩周岩(土)体分简化为3层,模拟厚度分别为22m、18m、20m,从上至下依次为强风化岩层、中风化岩层、微风化岩层;整个模型长60m(Y方向),宽40m(X方向);桩柱所在陡坡坡度为45°。桩柱直径为1.5m,桩柱长44m,桩间距为7.0m。在墩顶和桩身中段各有一根联系梁;嵌岩深度4m。
结合桥墩实际受力情况,分别在墩顶加竖向荷载120MN和在坡顶施加120kPa,用来模拟桩柱式桥墩的沉降特性。在计算机模拟过程中分为10步逐渐将荷载等步长进行施加,在模型四周设立垂直模型表面的约束,但是定义坡顶和坡面为自由面。对岩体采用长度为4m的4节点三棱锥单元划分,桩身采用长0.5m的三棱锥单元划分,对桩土接触面的岩体用0.5m的长度进行加密划分,对桩端和墩顶用0.1m的长度进行加密划分。岩体采用 Mohr-coulomb模型,桩身材料定义为各向同性材料。
2 影响因素分析
2.1 墩顶竖向荷载
在墩顶荷载120MN时,双桩柱桥墩墩顶的沉降变化情况。前、后桩柱墩顶(靠近坡底的为前桩柱墩、靠近坡顶的为后桩柱墩)的沉降都随桩顶荷载的增加而增加,并且基本呈线性关系,这基本符合理论计算的结果。但是,前墩顶的沉降量要比后墩顶的沉降量大些,这是由于后桩柱的入土深度较前桩柱的大,桩周土体所能提供的桩侧摩阻力也较前排桩的大。随着墩顶荷载的增加,前、后桩柱墩顶的沉降的差值越来越大,这因为桩周摩阻力的发挥在竖向荷载的激发下是沿深度逐渐发挥的。
2.2 坡顶荷载
坡顶荷载不同于墩顶的集中荷载,它是通过传力板施加到坡的顶面,因此是属于均布的面荷载。仅在坡顶荷载作用下墩顶沉降变化情况。虽然墩顶没有荷载直接作用,但是在坡顶荷载的作用下桩柱也受到影响,这是因为坡顶荷载使桩周(岩)土体产生压缩变形,桩与桩周(岩)土体就会发生相对位移,桩身就受到负摩阻力的作用而产生竖向位移,从而在墩顶发生相应的沉降。随着坡顶荷载的增大,前、后桩柱的墩顶沉降都增加,后桩柱墩顶的沉降量较前桩墩的大,这是由于坡顶荷载优先传递到后桩;但是随着坡顶荷载的增加,前、后桩柱墩顶的沉降差值越来越小,只是由于荷载增加,应力扩散的范围与深度都在增大,使得两桩之间的应力差值逐渐缩小。
2.3 桩柱混凝土等级
随着桩柱桥墩混凝土强度等级的提高,两桩柱墩顶的沉降量都减小,这是由于随着混凝土强度的提高,其弹性模量也在相应增大,则桩柱的弹性变形量减少;但是前桩柱的墩顶沉降量要比后桩柱的墩顶的沉降大,这是因为墩顶沉降主要由墩身弹性压缩变形和墩底即桩端(岩)土压缩变形构成,前桩柱入土深度小,桩周侧摩擦阻力小,则桩端附加应力较大,则桩端以下(岩)土层的压缩变形量就相应较大。
2.4 桩间距
在竖向荷载150MN作用时,在桩间距分别为5m、6m、7m、8m、9m时双桩柱墩顶顶的沉降变化情况。由图6可知,墩顶沉降随着桩间距的增加而增加,但是前桩柱墩顶沉降的增加幅度较后桩柱墩顶的沉降明显。保持后桩柱的入土深度不变和桩长不变时,随着桩间距的增加,前桩柱的入土深度减小,这时桩周土体对前桩柱提供的桩侧摩阻力和桩周(岩)土体抗力都有所减小,而后桩柱的桩侧摩阻力和桩(岩)土体抗力基本不变。故前桩柱墩顶的沉降增加明显。
2.5 桩径
在竖向荷载150MN作用下桩径的增大对墩顶沉降的影响。随着桩径的增加桩顶的沉降明显的减小。当桩径增加时,桩侧的侧摩阻力增加,则桩端附加应力就相应减少。
2.6 桩周岩(土)弹性模量的影响
桩基的承载变形性状与桩周(岩)土的刚度密切相关,而弹性模量是衡量(岩)土的刚度特征的关键参数之一。在竖向荷载150MN作用下桩周(岩)土的弹性模量的增大对墩顶沉降的影响。桩柱墩顶的沉降随着桩周(岩)土体弹性模量的增大而减小。桩周土体的弹性模量越高,桩端以下压缩(岩)土层的变形量就越小,前桩柱墩顶的沉降量大表示墩身的弹性变形量与桩端以下(岩)土压缩变形量之和较后桩柱的要大。
3 结 论
a.在陡坡双桩柱式桥墩墩顶总沉降量与墩顶竖向荷载、坡顶荷载、桩周(岩)土的弹性模量、桩间距、桩径、桩柱混凝土强度等级等因素都有关。
b.在一定的墩顶竖向荷载作用下,不论桩周(岩)土的弹性模量、桩间距、桩径、桩柱混凝土强度等级如何变化,前桩柱墩顶的总沉降量总是比后桩柱墩顶的要大;但是,在坡顶荷载作用下,其墩顶沉降变化规律则相反。
c.随着墩顶竖向荷载、坡顶荷载、桩间距的增加,双桩柱墩顶总沉降量相应增大,但是其增量不同;且不论是在墩顶竖向荷载作用,还是坡顶荷载单独作用,前桩柱墩顶的沉降增量总比后桩柱墩顶的要大。
d.在一定的墩顶竖向荷载作用下,随着墩周(岩)土的弹性模量、桩径、桩柱混凝土强度等级的增加,双桩柱墩顶的总沉降量都减少,且其减幅基本相同。中国桥检车租赁网当地报道
 
 
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