倾斜桥墩的安全性评估

1、倾斜桥墩的安全性评估王建利（第一作者）（贵州桥梁设计院有限公司，贵州，贵阳550001）胡靖（第二作者）（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州，贵阳550081）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II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；简化计算方法中图分类号：文献标识码：模型B：左幅全桥模型，1#墩左立柱倾斜;有限元模型A1基本概况模型C：左幅1#墩模型，左

2、立柱倾斜。尖坡II号大桥左幅为5X40米、右幅设6X40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6cml。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：有限元模型B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。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；有限元模型C全桥模型A、B上部结构

3、为T梁，采用梁格法进行模拟，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10.6X40=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9.1X40=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，因此可以按

4、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：1#墩左侧立柱轴力影响线因此，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(JTGD60-2004)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。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2，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。表1墩柱强度验算单元验算类型

5、外荷载效应(KN)强度(KN)强度系数验算1479最大轴力偏压验算9959352383.5OK1479最小弯矩偏压验算8516365034.3OK1479最大轴力轴压验算9959239992.4OK1479最大弯矩偏压验算8363344504.1OK1485最大轴力偏压验算10570355343.4OK单元验算类型外荷载效应(KN)强度(KN)强度系数验算1485最大弯矩偏压验算10347353713.4OK1485最大轴力轴压验算10570239992.3OK1485最小弯矩偏压验算7225363585.0OK1490最大轴力偏压验算11109357733.2OK1490最大弯矩偏压验算11

6、071357323.2OK1490最大轴力轴压验算11109239992.2OK1490最小弯矩偏压验算7540366294.9OK1503最大轴力偏压验算12738366552.9OK1503最大弯矩偏压验算12598366302.9OK1503最大轴力轴压验算12738239991.9OK1503最小弯矩偏压验算9010360744.0OK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

7、%。表2有限元模型A墩柱强度验算单元验算类型外荷载效应(KN)强度(KN)强度系数验算1479最大轴力偏压验算9997359783.6OK1479最小弯矩偏压验算8579360984.2OK1479最大轴力轴压验算9997239992.4OK1479最大弯矩偏压验算8364351584.2OK1485最大轴力偏压验算10607360473.4OK1485最大弯矩偏压验算8640365054.2OK1485最大轴力轴压验算10607239992.3OK1485最小弯矩偏压验算8953357364.0OK1490最大轴力偏压验算11147361023.2OK1490最大弯矩偏压验算11089360

8、593.3OK1490最大轴力轴压验算11147239992.2OK1490最小弯矩偏压验算7576363084.8OK1503最大轴力偏压验算12738366362.9OK1503最大弯矩偏压验算12590366102.9OK1503最大轴力轴压验算12738239991.9OK1503最小弯矩偏压验算9009361044.0OK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

9、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。过横、纵向影响线加载方式加载至盖梁相应位置的简化方法是简单可行的。参考文献单元验算类型外荷载效应(KN)强度(KN)强度系数验算1479最大轴力偏压验算9780365183.7OK1479最小弯矩偏压验算8634365964.2OK1479最大轴力轴压验算9780239992.5OK1479最大弯矩偏压验算8878360474.1OK1485最大轴力偏压验算10390358953.5OK1485最大弯

10、矩偏压验算10240359433.5OK1485最大轴力轴压验算10390239992.3OK1485最小弯矩偏压验算6390358955.6OK1490最大轴力偏压验算10929354173.2OK1490最大弯矩偏压验算10929354173.2OK1490最大轴力轴压验算10929239992.2OK1490最小弯矩偏压验算6689358485.4OK1503最大轴力偏压验算12555366792.9OK1503最大弯矩偏压验算12555366792.9OK1503最大轴力轴压验算12555239991.9OK1503最小弯矩偏压验算9030363174.0OK表3有限元模型C墩柱强度验算沈铁钢，冯栋发，沈芳上塘高架桥131号134号墩梁病害分析研究J.山西建筑.2009(31).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).6结论本文以贵州省松桃至从江高速公路铜仁坝灌溪至