倾斜桥墩的安全性评估

1、倾斜桥墩的安全性评估【摘要】位于贵州省松桃至从江高速公路铜仁坝灌溪至玉屏大龙段的尖坡号大桥由于施工原因，导致左幅 1#墩左侧立柱横向倾斜。 本文建立有限元模型对其进行计算，同时与竖直桥墩计算结果对比，研究其倾斜度的影响；并分别建立全桥模型及单独墩柱模型，通过对比，提出一种桥墩有限元计算的简化方法。【关键词】桥墩；倾斜；安全性；简化计算方法1 基本概况尖坡号大桥左幅为 540 米、右幅设 640 米预应力混凝土先简支后结构连续 T 型梁。由于施工原因，左幅 1#桥墩左侧立柱自横系梁之上，向桥梁外侧发生横向倾斜，立柱顶最大倾斜 6cm 沈铁钢，冯栋发，沈芳 .上塘高架桥 131 号 134 号墩梁

2、病害分析研究J.山西建筑 .2009（31）. 。左幅 1#墩左侧立柱 23m，右侧立柱 23.34m，横坡 5%。其结构型式见下图：本桥横向共 5 片 T 梁，桥面布置为 0.5m（防撞护栏） +11.25m（三车道） +0.5m（防撞护栏） =12.25m。结构体系采用先简支后结构连续。 T 梁采用 C50 混凝土，桥墩采用 C30 混凝土。2 有限元模型采用有限元程序 Midas 分别建立如下三个有限元模型：模型 A ：左幅全桥模型， 1#墩左立柱竖直；模型 B：左幅全桥模型， 1#墩左立柱倾斜；模型 C：左幅 1#墩模型，左立柱倾斜。全桥模型 A 、B 上部结构为 T 梁，采用梁格法进

3、行模拟，在 1#墩位置，各片 T 梁均传力至盖梁上相应位置。1#墩有限元模型采用梁单元分别模拟其盖梁、墩柱及系梁。左侧立柱在系梁以上部分逐渐线性像外侧偏移 6cm。假设 1#墩承受的自重荷载范围为单跨即40m。通过计算，单跨 T 梁自重为 6500KN，则各支座相应位置作用荷载为 1300KN；每片 T 梁承受二期铺装为10.6KN/m，则各支座相应位置作用荷载为10.640=421KN；两侧混凝土防撞护栏为9.1KN/m ，由边梁承受，则边支座相应位置作用荷载为 9.140=364KN；汽车荷载传至相应支座位置处的荷载值需通过影响线进行荷载分布。由于墩柱受力主要表现为小偏心受压构件，因此可以

4、按照立柱轴力影响线进行活载分布。 1#墩左立柱轴力影响线如下图：因此，最不利活载分布为横向靠左布置3 车道，纵向在第 1、2 跨内满布活载。 按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）之规定，计算盖梁上靠左3个支座对应位置分别作用740KN 的竖向荷载，以代表活载的最不利分布。3 桥墩倾斜安全性验算采用有限元模型 B，考虑温度荷载、恒荷载、汽车荷载及混凝土收缩、徐变等，对1#墩进行强度验算 祝小龙，赵春花，周成涛 .某高架桥桥墩倾斜成因分析及安全评估 J .中外公路， 2013（04）. ，此处仅列出 1#墩左立柱墩顶、中央高度、系梁位置及墩底 4 个位置的验算结果。验算结果如下表所

5、示，由结果可知，1#墩左立柱最小强度系数为 1.91，故墩柱强度满足规范要求。4 桥墩倾斜对安全性影响采用有限元模型 A ，考虑荷载同有限元模型B，对 1#墩进行结构强度验算，其验算结果见下表。通过与表 1 中数据对比，墩柱顶部及系梁以下，桥墩倾斜与否对其受力影响较小，仅在立柱中央高度位置影响较大；桥墩倾斜导致立柱中央高度附近外荷载效应增大 16%。5 桥墩验算简化方法研究如上所述，有限元模型C 仅建立桥墩的有限元模型，对其上部结构传下的恒荷载简化后加载与盖梁上支座对应位置；对上部结构传下来的活荷载，通过计算桥梁纵向及横线的影响线，按照影响线进行活载加载。现采用有限元模型C 对左立柱进行强度验算，验算结果如下表所示。通过与表 1 即全桥有限元模型（考虑桥墩倾斜）计算结果对比，单独建立的桥墩有限元模型计算结果与全桥模型计算结果较为接近，最大相差 12%。由此，可以认为本文所采用的单独桥墩有限元模型简化计算方法是可行的。6 结论本文以贵州省松桃至从江高速公路铜仁坝灌溪至玉屏大龙段的尖坡号大桥实例， 对全桥左幅 1#墩左立柱进行强度验算。并建立三个相应对比模型与之对比。本文结论如下：（ 1）本桥左幅 1#墩左立柱横向倾斜 6cm 对其安全性未产生严重后果，结构为安全可靠。（ 2）桥墩立柱横向倾斜 6cm 对墩柱受力