桥墩

桥墩（精选11篇）

1.桥墩 篇一

混凝土拱桥台、墩身施工技术方案

一、编制依据

1.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程招标文件； 2.公路桥涵施工技术规范及相关要求； 3.公路工程质量检测评定标准JTGF80/1-2004。

4.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程设计说明书； 5.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程施工设计图； 6.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程地质勘测报告； 7.行业内相关成熟经验及做法。

二、工程概括 工程简介

鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程，是姬家山产业园区的一条重要桥梁。该桥位于YO15沙五线段工程处，起点桩号K2+694.50,终点桩号K2+779.50,为新建工程。全桥长85.00米，宽10米，布设为8m +14m+21m+14m+8m上承空腹式钢筋混凝土板拱桥，横跨姬家山山谷。拱桥设计荷载等级为公路—I级，地震设防烈度VIII度。

三、施工部署

1、施工组织机构

根据拱桥台、墩身的工程特点，由项目经理部统一组织、管理拱桥的桥台、墩身施工、进度、质量及安全等工作。项目部下设总工办、综合办公室、财务材料科、工程技术科、质检科、中心实验室和安全科等各个科室及拱桥施工作业队，保证按照业主、监理的指示和要求完成本拱桥台、墩身的施工。

项目经理部各部门积极配合拱桥台、墩身的施工，做好每天的工作安排，要作到事必躬亲，对所做的工作全权负责，并将每天的工作情况向上级汇报。在工作中要善于运用新方法，新技术进行工作改革，为项目经理部及公司创造更大的经济效益。

项目部根据拱桥台、墩身的工程数量配备相应的施工机械设备及测量施工人员。为保证施工质量，施工队在项目经理部的统一指挥下，做到合理安排，周密布置、密切配合、相互协调、完成规定的工作任务。

2、施工工期安排（详见后附施工完工进度计划表）开工时间：2010年6月6日 完工时间：2010年7月8日 3、施工前准备

（1）.现场核对

根据设计图纸资料，会同监理工程师一起，结合现场对其平面位置、方向角度、宽度、长度、高程等进行核对。

（2）.现场测量

扩大基础经监理验收合格后；根据设计资料和施工详图，用经纬仪准确地测出拱桥台、墩身的中心桩及纵横轴线，实测扩大基础顶面高程，放出拱桥的桥台、墩身边线，然后报请监理工程师进行测量复核，施工时注意墩身底与墩身圆弧非同心圆，以确保施工放样的准确性。

（3）.设备、人员(详见后附表格)a、目前K2+694.50—K2+779.50拱桥的桥台、墩身所需的设备、人员已全部进场到位。在做好设备、人员进场工作的同时，还需重视以下开工前准备工作； ① 测量放线；

② 做好已经到工地的材质试验；

③ 与监理工程师确定材料和工程试验方案； ④ 建设临时设施，做好“四通一平”的工作；（4）.原材料的采用及控制

在施工前对原材料进行检验，不合格材料不得进场，作好混凝土施工配合比的配制，所有原材料及配合比试验结果及时上报监理部试验室，并得到监理工程师认可后方能使用。a、混凝土

拱桥的桥台、墩身采用C25片石混凝土。b、水泥

施工采用同力水泥厂PC32.5水泥，不同批好的水泥进场后立即对该水泥进行自检，并报送监理工程师对其进行抽检，检验合格，经监理工程师认可后方能使用。c、砂、碎石

桥台、墩身工程所用碎石是经调查并初检合格的潭峪碎石厂的二次破碎大型破碎机生产的碎石，中砂采用初检合格的邢台河砂厂生产的中砂。砂、石材料进场后由工地试验室对砂、碎石进行筛分级配试验、含泥量等相关试验，并报送监理工程师对其进行抽检，合格后方可使用。

四、主要施工方法、施工工艺及施工顺序（1）施工放样

扩大基础经监理工程师验收合格后，立即放样在验收合格的基础上准确放出桥台、墩身纵横轴线及边线，用墨线弹出墙身位置。（2）模板

a.U型桥台、桥墩模板采用组合定型钢模板。

b.模板应始终保持其表面平整、光滑，不变形，不漏浆，有足够的强度、刚度等。

c.浇筑混凝土之前，模板应涂刷脱模剂，外露面混凝土模板的脱模剂应采用同一品种，不得使用易粘在混凝土上或使用混凝土变色的油料。

d.安装侧模板时，下部用木楔顶牢，上部设拉杆固定。e.模板安装完毕后，应保持位置正确，浇筑时，发现模板有超过允许偏差变形值的可能时，应及时纠正。

f.模板安装完毕后，应会同监理进行检查，合格后方能浇筑混凝土。

（3）.混凝土拌制

①、拌制混凝土采用四料斗电子级配500L强制式搅拌机。②、混凝土原材料的定量均按重量计，称量的允许偏差不应超过下列限值：水泥为±１％，粗细骨料为±２％，水为±１％。

③、配制混凝土必须准确控制用水量，砂石中的含水量应仔细测定后从用水量中扣除。除事先规定的部分用水可留在现场补加外，严禁在拌料出机后外加水份。

④、混凝土拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。

（4）混凝土运输与浇筑

①、混凝土拌料采用接缝严密、不漏浆的机动翻斗车运输。

②、混凝土拌料运到施工现场后，倾倒在上料斗中，由塔吊起上料半至钢模上方倾倒至模内，为防止混凝土离析，从高处直接倾卸时，其自由倾落高度不宜超过2米；当倾落高度超过2米时应通过串筒、溜管、或振动溜管等设施下落；在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不宜超过1米。

③、浇筑混凝土采用插入式振捣器进行振捣。使用插入式振动器时移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模应保持50~100㎜的距离；插入下层混凝土50~100㎜；每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒；应避免振动棒碰撞模板、及其他预埋件。

④、浇筑C25片石混凝土桥墩、台身时，要求片石含量为20%，标号不应低于MU40,厚度不小于150㎜的片石，片石应选用无裂纹、无夹层且未被烧过的、具有抗冻性能的片石，片石应清洗干净，应在捣实的混凝土中埋入一半左右，片石应分布均匀净距不小于100㎜，距结构侧面和顶面的净距不小于150㎜，石块不得接触预埋件。

⑤、混凝土的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于混凝土的初凝时间。当需要超过时应留施工缝；施工缝的位置应在混凝土浇筑前确定，宜留在受力较小的部位；施工缝为斜面时应浇筑成或凿成台阶状。

⑥、在浇筑过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不打扰已浇筑混凝土的条件下采取措施将水排出。

⑦、混凝土浇筑完成后，对混凝土裸露面应及时进行修正、抹平，待定浆后第二遍压光或拉毛。

⑧、浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、和预埋件稳固情况，当发现松动、变形、移位时应及时处理。

⑨、浇筑混凝土时，应填写混凝土施工记录。

（5）拆模和养护

①、混凝土浇筑完毕并初凝后，应尽快加以覆盖并浇水养护。②、侧模应在混凝土强度达到2.5MPa后方可拆除。

③、养护浇水次数以能经常保持混凝土表面处于湿润态为度，养护日期不小于７昼夜。

五、质量、安全保证措施

①、建立健全质量专职机构，强化质量自检工作。②、强化技术管理，开工前，对各工种人员进行岗前培训。③、加强全过程的质量监控，严把施工环节质量关。

④、制定安全作业规章制度，在施工中严格执行有关规定，做到各项工作有章可循。

2.桥墩 篇二

本文总结了国内外车—桥碰撞问题的研究现状和成果，评述了车—桥碰撞问题的研究方法，提出了今后研究的建议。

1 理论分析

从工程角度来看，桥梁设计迫切需要理论指导，采用理论方法给出撞击力和桥墩结构响应计算公式是一个值得研究的问题。近年来，许多学者用简化方法对车—桥碰撞计算进行了研究，下面予以介绍。

1.1 弹簧模型

刘静等[2]将车辆碰撞柔性桥墩简化为弹簧模型(见图1)，并假定力学模型中弯曲杆件呈弹性材料特性，弹簧刚度为kF，计算中kF呈线性，受弯构件的虚功方程为:

碰撞物体按单质量链杆体系考虑，有:

碰撞物体和杆件的相互作用由撞击力来描述，有:

将以上三个方程联立，即可求解出撞击荷载的大小。

其中，x为杆件坐标;t为时间;w为挠度;k为曲率;δw，δk分别为虚挠度和虚曲率; 为横向加速度;L为杆件长度 ;为杆件单位长度质量;EJ为抗弯刚度;δwF为xF处的挠度;F(t)为xF处的集中荷载。

1.2 刚塑性梁模型

在撞击过程中，弹性变形很小，为简化求解，刚塑性模型忽略了弹性变形，只考虑被撞桥梁构件的塑性变形。郑晓宁等[3]基于Parks梁理论采用刚塑性材料模型研究了小变形条件下钢筋混凝土桥墩的动力响应问题，分析简图如图2所示，碰撞物的质量为G，碰撞点处的变形值为w。轴力N沿x轴，弯矩My,Mz分别绕y轴，z轴:

其中，v为撞击初始速度;n为钢筋总根数;γ为车与桥墩的质量比;σc为混凝土截面应力;Ai，σi分别为第i根钢筋的截面面积和截面应力;Ac为混凝土截面面积;yi,zi均为第i根钢筋的坐标。

刚塑性梁模型将桥墩简化为悬臂梁，这在基础刚度较大时是可以采用的。但当桥墩布置有桩基时，就必须要考虑桩深与地基的耦合作用。

1.3 均质地基桩柱模型

刘佳林[4]考虑均质地基情况下桥桩在地面处的净位移和汽车的塑性变形，得出动力冲击值Fd和动力冲击系数Kd为:

其中，V车为车速;Δ为总变形量。

当为多层地基时，可按《公路桥涵地基与基础设计规范》推荐的“按地基系数面积换算”方法[5]简化为均质地基计算。均质地基撞柱模型采用拟静力的计算方法，将静载下结构反应乘上冲击因子而得到撞击荷载下的结构反应，大大简化了运算过程，适合于工程运用，但动力放大系数的取值必须在合理的幅度内。

2 试验法

撞击试验是最可靠、最直接的研究方法。目前，我国研究桥墩冲击问题的实验方法大同小异[6,7,8]，主要用空中坠物引起的撞击作用来模拟汽车对桥墩的撞击，通过在结构上布置变形装置和传感器等，获得准确的碰撞数据。

2.1 落锤撞击试验模型

试验装置如图3所示[8]。钢筋混凝土桥墩试件的上下端分别于梁式钢筋混凝土盖梁和底座整浇。桥墩模型卧位放置，简支端施加静态轴压力，在墩柱跨中位置将落锤以一定高度自由下落施加撞击荷载。

2.2 实验算例

张南[8]采用上述模型装置进行了冲击实验，取混凝土fcu=51.3 MPa,Ec=3.476×104MPa，其他变量如图3和表1所示。通过该加载装置进行不同撞击高度和不同落锤重量的撞击实验。

MPa

实验结果显示，裂缝首先出现在弯矩最大的跨中附近，然后相继出现冲击斜裂缝，冲击斜裂缝直接从撞击处以近乎45°斜线向下发展，不直接指向支座，最后弯曲裂缝发展为破坏主裂缝。

3 数值模拟

理论分析法难以给出精确的撞击数据;试验方法真实可靠，但费用较高，特别是巨大的冲击荷载难以实现。数值模拟可克服上述两种方法的不足，已成为桥墩碰撞研究中的一种重要方法。数值模拟[9]是指通过建立被模拟系统的数学模型，利用计算机进行数值求解。在某种意义上讲，数值模拟比理论和试验的认识更为深刻和细致，它不仅可以得到问题的结果，而且可随时连续动态地重复显示发展过程，了解其整体与局部的细致过程。在数值模拟中，最具有代表性的是非线性有限元技术。

3.1 非线性有限元控制方程

碰撞问题的运动方程可以一般地表示为:

其中，[M]为车质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{·d·}为加速度向量;{·d}为速度向量;{d}为位移向量;{Fex}为外力向量。碰撞力通过定义车—桥墩之间为接触面以接触力的形式输出。

经有限元离散处理后形成的瞬态动力学问题，适宜采用时域显示直接时域解法。通过自动控制时间步长，可以得到稳定解并保证时间积分的精度。实用中以最小有限单元网格的特征长度除以应力波速来定义最小时间步长，即:

3.2 碰撞中的接触算法

车—桥碰撞过程中的相互作用可通过接触算法来完成。在可能发生接触作用的两个结构表面之间分别定义主从接触面。在求解的每一时间步，检查从属节点是否已经穿透主面，如果还没有穿透，则计算工作继续进行;否则在垂直于主面的方向上施加一作用力以阻止从属节点的进一步穿透，这个作用力就是接触力。

3.3 数值模拟算例

刘明慧等[10]采用数值模拟技术对车—桥碰撞问题进行了研究。碰撞模型如图4所示，其中撞击车为雪弗兰C1500货车，撞击速度56 km/h，方向纵桥向。桥墩为1.5 m×1.6 m×16 m的矩形墩，未模拟钢筋。

对数值模拟的结果显示，汽车撞击桥墩实际上是产生一个随时间变化的力，其值在0.04 s～0.05 s时迅速增至最大后又迅速减小，相当于桥墩承受了一个横向的脉冲荷载，其产生的响应也随时间变化。仿真计算结果与表1对比后表明，汽车在低速行驶时(50 km/h)，碰撞力尚能在规范容许的范围内，但随着速度的提升或质量的增大，撞击力峰值会显著增大，远远超出规范值。

4 总结与建议

1)车—桥碰撞问题是城市交通运输发展面临的新问题，规范没有给出车—桥碰撞力的计算公式。本文介绍分析了研究车—桥碰撞的三种分析方法:理论分析、数值模拟和实验法。三种分析方法各有所长，理论分析能给出计算公式，但不能给出精确值;试验法所得结论真实准确，但费用昂贵，单次实验获得的信息少;数值模拟计算成本低，效率高，但若控制不好相关条件，有可能导致结果失真。理论分析、数值模拟、实验法三种方法相结合与相互验证将是车—桥碰撞研究的发展趋势。

2)车—桥碰撞问题不仅与桥墩自身的性能参数有关，还与车辆类型和撞速等有关。建议在研究中对车桥性能指标给予充分考虑，以提高研究的精度和说服力。

参考文献

[1]王军华,叶晓彦.立交桥试用激光防撞预警系统[N].北京晚报,2007.

[2]刘静,叶莉,汪晶.车辆撞击桥墩近似分析方法及结构防护措施[J].中外公路,2009(4):331-336.

[3]ZHENG Xiaoning,DIAO Bo,YE Yinghua.Rigid-Plastic Dynam-ic Response of Reinforced Concrete Bridge Pier Impacted byAutomobile[J].Transactions of Tianjin University,2006(12):254-257.

[4]刘佳林.汽车撞击城市立交桥后对桥墩结构的影响[J].公路工程与运输,2005(8):169-171.

[5]赵明华.桥梁桩基计算与检测[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6]张圆,王慧.桥墩撞击力计算方法研究[J].低温建筑技术,2010(6):91-93.

[7]刘玲.侧向撞击荷载下桥墩动力响应有限元分析[J].公路工程,2010(5):67-70.

[8]张南.缓冲器对钢筋混凝土桥墩撞击性能影响的试验研究[J].公路交通科技,2009(12):83-90.

[9]时党勇,李裕春,张胜民.基于ANSYS/LS-DYNA 8.1进行显式动力分析[M].北京:清华大学出版社,2005.

3.桥面与桥墩 篇三

桥面和桥墩整日朝夕相对，桥面已经不止一次听到桥墩的抱怨了。

“抛头露面，风光无限，这都是桥面的荣誉，但谁知道，作为桥面的你，是站在了我的肩上；飞南走北，连接两岸，人们感谢的都是桥面，但谁又知道，这便捷的交通是建立在我的痛苦之上……”桥墩没完没了，且那话越来越难听。

日复一日，经过几十年的碾压和风霜雨雪的侵袭，桥面有的地方露出了钢筋，有多处还穿了孔，桥墩也明显地感到桥面在不停地颤抖。又过了几年，桥面出现了多处裂痕。可即使如此，桥面也不曾向桥墩抱怨过半句，它依旧如战士般，默默地坚守着自己的阵地，哪怕遍体鳞伤，也不曾动摇和放弃。渐渐地，桥墩感受到了桥面的付出，不再抱怨了。

【误区警示】

1.不明情感倾向

这段对话有明显的情感倾向，从桥墩“抱怨”“没完没了，且那话越来越难听”来看，命题人对桥墩的做法是持否定态度的，而对桥面的默默承受持赞颂态度。而有的同学没有注意材料的褒贬倾向，误认为桥面是依赖桥墩，作文时批判桥面的依赖性，立意为“不要依赖、借助别人”“桥面类的人物容易断裂，应在低调中展露才华”；还有人在写作时批判桥面，赞颂桥墩，如很多人都像桥面，“富二代”站在父辈的肩上，风光无限，不思进取，只会风光一时。这样的文章立意都是对素材中情感倾向的误解。

2.随意引申

只抓一词一句，不抓整体就得出一个结论，这种立意肯定是偏离题意的。比如从桥墩的角度抓住“抱怨”一词就容易引申为“摆正自己的位置”“做最好的自己”，从桥面的角度容易引申为“人言可畏”“淡然处之”。这种脱离材料只抓只言片语的立意显然是不对的。

【素材分析】

从桥墩的角度，桥墩说着难听的抱怨话，不甘或不愿居于桥面之下，不愿做默默的奉献者，可以立意为“牢骚太盛防肠断”“不应斤斤计较于个人的得与失，应学会做一个默默的付出者”“要有甘做绿叶的气度和胸襟”。此外，桥墩只看到桥面的“风光无限”，却没有注意它因为常年裸露在外，风光的同时还要承担着风霜雨雪、碾压踩踏，从这个角度可立意为“不能只看到成功者表面的风光，还要看到他们所承受的痛苦、压力和付出”。

从桥面的角度，桥面风光无限的背后是默默地承受与担当，可以立意为“成功的背后是艰辛和奉献”“光鲜的同时也有苦和痛”。

4.桥墩一中兼职校医工作制度 篇四

1．在学校校长和政教处的领导下，参与并指导开展学校卫生工作，提高学生的健康水平。

2．指导并参与建立健全学校传染病与食品卫生安全工作责任制。并定期开展传染病防制和食品、饮用水卫生安全检查。

3．制定学校传染病、突发公共卫生事件预防和控制工作方案。

4．制定学校传染病、突发公共卫生事件等应急处置工作方案。

5．指导并参与建立学校卫生制度，加强对学生个人卫生、环境卫生以及教室、宿舍卫生的管理。

6．协助并指导学校开展卫生工作的主要任务：监测学生健康状况；对学生进行健康教育，培养良好的卫生习惯；改善学校卫生环境和教学卫生条件；加强对传染病、学生常见病的预防和治疗（矫治）。

7．建立学生健康管理制度。（每年定期开展一次学生健康体检工作，建立学生体质健康档案。）

5.桥墩一中防洪抗台风救灾工作预案 篇五

为了在每年台风暴雨和八月大潮袭击的季节中，切实做好防洪抗台风救灾工作，稳定学校正常的教育教学工作，确保学校财产和师生生命安全，根据《苍南县教育局防洪抗台风工作预案》和有关文件精神，结合我校实际，特制定本预案。

一、组织指挥

在苍南县教育系统防洪抗台风救灾工作指挥部的领导下，成立以校长为组长的校防洪抗台风救灾工作领导小组，组织一支防洪抗台风救灾抢险队伍；在防汛抗洪期间，保障全体师生生命财产安全。

领导小组名单： 组 长：王淳永 副组长：丁德景 刘 慧

成 员：张 红 李志勇 陈振荣 郑鹏酒 吴来成 杨小园 防洪抗台风抢险队员：全体党、团员、班子、班主任。

二、职责分工

1、领导小组按上级的指示，及时安排加强值班，24小时保证通讯畅通，及时接收邮件，多渠道查找台风消息，指挥防洪抗台风救灾抢险队，做好防洪抗台风救灾工作。

2、领导小组在接到市、县人民政府、县教育系统防洪抗台救灾工作指挥部或从电视发布的台风警报时，要立即组织校防洪抗台风救

灾抢险队对本校进行一次安全检查，对存在安全隐患的立即给予整改，一时难以解决的隐患要马上报告给上级，要求帮助解决，决不能粗心大意，放松丝毫的警惕，造成人身伤亡或财产的损失。

3、领导小组及防洪抗台风抢险队员遇到特殊情况经请示或接到上级主管部门的通知后应及时做好停课、学生的组织（特别是寄宿生）转移、联系家长疏散学生和险情过后的复课通知。

4、领导小组落实各个工作环节，向校防洪抗台风抢险队布置具体工作任务，并及时向县指挥部汇报情况。

二、预案实施

校领导小组在接到县防汛抗旱指挥部的指示后，应立即做出积极反应，并按以下预案有条不紊地进行工作：

(一)防洪预案：

1、当接到气象台发布24小时内有暴雨（降雨量50-100MM）时：(1)迅速通知校防洪抗台风抢险队做好防范工作。

(2)值班带班人员加强校园巡视，全面检查房屋、围墙、排水（含出水系统）。

2、当接到气象台发布24小时内有大暴雨或特大暴雨（降雨量大于100MM）时：

(1)校领导小组组长到位指挥, 副组长协助做好调度工作。(2)领导小组指挥防洪抗台风救灾抢险队员分赴重点防范部位、要害部位、薄弱环节进行现场勘查，布置并及时了解学校防洪抗台救

灾工作，协调组织防洪抗台救灾工作。

(3)当发现重点防范部位需加强抗拒能力时,需向教育局防汛抗旱指挥部报告，请求增援。

(二)抗台风预案：

1、接市人民政府防汛抗旱指挥部发布“关于抗台通知”（台风正在发展，预计可能影响我市）时：

(1)校防洪抗台风救灾抢险队员上岗值班。

(2)校防洪抗台风救灾抢险队主动做好防范工作，所有建筑物、门窗加强管理, 基建工地设施进行加固, 易燃、易爆、易潮物品应妥善保管，确保供水、供电、通讯设施不受损失。

2、接市人民政府防汛抗旱指挥部发布“抗台通知”（台风正在向我市逼近，48小时内影响我市）时：

(1)领导小组全体成员上岗24小时加强值班。

(2)防洪抗台风救灾抢险队分赴各个重点防范部位进行现场巡查，认真做好防范工作。

3、接市人民政府防汛抗旱指挥部发布“抗台通知”（台风24小时内可能袭击我市或在附近约150公里范围内登陆，对我市有严重影响）时：

(1)领导小组及防洪抗台风救灾队员全力以赴进行24小时上岗值班。

(2)与县指挥部保持联系，获取最新信息，经上级同意，发布停

课通告，并落实疏散情况。

4、接市人民政府防汛抗旱指挥部发布“抗台通知”（台风已登陆并减弱为低气压，对我市不再有影响）时：

(1)领导小组将防洪抗台救灾情况汇总上报。(2)领导小组进行工作小结。

以上预案如与上级安排有不一致的，以上级安排为准。

三、备注：

1、值班室电话：64618681 传真：64619325。

2、县教育局（联系电话：64761645，64718728，传真：64769843）。

县防洪抗旱指挥部（联系电话：64761127）

桥墩学区（联系电话：64614208，64612951）

6.桥梁桥墩异形承台的受弯计算 篇六

桥梁桥墩异形承台的受弯计算

以一座桥梁桥墩异形承台的计算为工程背景,对承台进行了抗弯计算,并与按照深受弯构件以及有限元的计算结果进行了对比,最后对运用“新桥规”按照“撑杆-系杆体系”计算承台提出了几点建议,从而为类似计算奠定基础.

作 者：敖建辉 周延军 AO Jian-hui ZHOU Yan-jun  作者单位：敖建辉,AO Jian-hui(重庆市设计院,重庆,400015)

周延军,ZHOU Yan-jun(重庆市渝通公路工程总公司,重庆,400060)

刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(18) 分类号：U441 关键词：异形承台   受弯计算   深受弯梁   有限元  

7.既有桥墩承载力的分析 篇七

关键词：桥墩,承载力,非线性,模型,混凝土损伤

近年来,我国交通事业发展迅猛,到2003年底全国交通通车里程达181万km,桥梁31万座。大批桥梁结构在运营期间,使用荷载大幅度增加而超过设计载荷等级,或者因水害、地震等自然灾害,以及车辆和船舶碰撞而受到损伤,但是,由于没有一种能够被大家广泛接受的方法来评价桥梁的损伤程度、极限剩余承载力,针对一些重要的桥梁只能采取封闭交通作动静载试验的办法,耗费大量的人力、物力和财力,所以如何采取比较简单的方法,并且还能准确地评估桥梁结构极限承载力成为了桥梁管理部门的一种需求。

采用非线性理论对既有桥梁进行承载力评定,是一种比较精确的办法。如果采用各种材料的本构关系能够符合实际情况,并且对既有桥梁的缺陷考虑的比较充分,那么这种方法的计算结果就会比较准确。文中选取桥墩作为研究对象,利用ANSYS有限元软件,通过确定既有桥墩中混凝土和钢筋,符合实际情况下的本构关系,综合考虑使用过程中桥墩所表现出来的材料非线性以及几何非线性等因素,针对矩形桥墩在出现纵筋屈曲、混凝土剥落等损伤情况下的极限承载能力进行有限元分析。

1 桥墩模型及材料特性

1.1 桥墩的计算模型概况

文中建立的简易桥墩的ANSYS有限元模型,根据钢筋混凝土设计规范设计,桥墩的截面形式为正方形,边长为360 mm,净高2 000 mm,底部为固定桥墩模型的台座,尺寸为边长600 mm的正方形截面。由于考虑到混凝土保护层的尺寸相对较小,所以在建立ANSYS模型的时候没有考虑。模型中选用C30的混凝土,钢筋的屈服强度:箍筋为一级钢筋,纵向钢筋为二级钢筋。箍筋采用Ф12的钢筋,间距100 mm,纵筋采用Ф25的钢筋,每边布置4根,间隔120 mm。

1.2 桥墩的有限元分析模型

混凝土墩身采用Solid65实体单元,钢筋采用Link8杆单元模拟,底部固定台座采用Solid45单元,边界条件:底部台座四个侧面以及底面上各个节点的位移均被约束。所建立的钢筋混凝土桥墩采用分离式的有限元模型。在建立模型的过程中,将钢筋和混凝土节点沿钢筋竖向位移耦合,即两者的节点按照同一位移计算。

文中钢筋采用双线性随动强化模型,混凝土采用的应力—应变关系为Mander建议的约束混凝土的本构模型,对于上述ANSYS模型的应力—应变关系曲线如图1所示。

在确定有限元模型中单元尺寸时,考虑到计算的精度和收敛性两个方面的要求,而且为了能够保证混凝土单元的节点和钢筋单元的节点能够位置重合,所以将混凝土单元确定为每边划分为12份,即截面为3 cm×3 cm的正方形。沿桥墩竖向单元尺寸的大小,对于桥墩部分的混凝土按照箍筋的间距划分,即大小为10 cm。对于桥墩底部的固定部分,在竖向上划分为20 cm,对于横向界面,中间部分按照上部桥墩划分,外围可以划分为10 cm×10 cm的正方形。有限元模型的划分如图2所示。

2 纵筋屈曲对承载力的影响

文中对上述模型桥墩进行分析时,将箍筋对纵筋的约束作用看作一种弹簧约束,通过计算假设弹簧的刚度大小,来确定箍筋对纵筋的约束作用,确定箍筋作用在纵筋上的横向约束后,将纵筋看作一端固定另一端为自由端,而且受到若干横向弹簧约束的杆件,通过有限元软件对其进行非线性屈曲分析,确定纵筋的屈曲强度。结合上述模型通过计算可以确定纵筋发生屈曲的长度上限为0.5 m,下限为0.8 m,同时可以确定发生屈曲时的纵筋强度。

将计算得到的屈曲强度代入模型进行计算,可以得到纵筋屈曲长度为0.5 m,0.6 m,0.7 m和0.8 m时的桥墩承载力变化情况,如图3所示。

对图3分析可以看出,桥墩在弹性阶段没有任何区别,但是当桥墩承受载荷超过一定限值,变形就会进入塑性阶段,随着屈曲长度的增加,桥墩先后进入了塑性阶段,屈曲长度越长,达到极限承载力就越早,基本上进入塑性阶段的同时也就出现了峰值。其主要是因为当纵筋屈曲后,原本由钢筋承担的一部分载荷转移到了受约束的混凝土上,箍筋在约束混凝土的同时必须分出一部分来克服已经发生屈曲的纵向钢筋,因此,对混凝土的约束作用相对减小,当箍筋达到屈服状态后,对混凝土的约束就失去了效果,此时,混凝土会随着承受载荷的增加进入塑性阶段,最终导致混凝土压碎,达到极限承载力。

3混凝土损伤对承载力的影响

在用ANSYS有限元软件确定桥墩损伤后承载力的过程中,需要模拟部分桥墩混凝土出现破坏的情况,从前边建立的模型中,分别选取部分单元作为混凝土的损伤部分进行模拟计算。

在考虑到混凝土破坏后计算的时候,由于随着撞击桥墩作用力大小的不同,不仅表面的混凝土会出现剥落的情况,甚至桥墩内部也会出现裂缝,从而影响混凝土的强度,这种情况下,就需要利用非金属超声探伤仪对桥墩内部进行探测,对比受撞击区和未撞击区声时值,并利用经验公式推定混凝土强度损失,计算损伤后混凝土的本构关系。

在计算过程中,对于上文中混凝土破坏较小的情况下,计算均能进行至位移全部施加完毕,但是如果混凝土的破坏范围较大,建议将桥墩的有限元模型单元网格加大,否则将直接影响计算结果,利用弧长法和牛顿—拉普森法均不能够将位移载荷施加结束收敛,在文中模拟所选取的两部分混凝土,其计算结果如图4所示。由图4可以看出,桥墩在受到损伤的情况下,桥墩损失的承载力可以达到15%左右,相对来说,对桥墩承载力影响较大。

4结语

文中通过分析桥墩模型,其目的在于利用有限元软件,对既有桥墩评价其承载力方法的一种探索,主要是想在考虑材料符合实际的本构关系条件下,通过采用非线性的方法,比较精确地确定既有桥墩的现有承载力。由以上模拟可以看出,假如通过对桥墩的实际检测,详细考虑桥墩各种材料的特性,并且通过建立合理的有限元模型,可以比较好地模拟桥墩的受力情况,也能够对桥墩既有承载力进行确定。

参考文献

[1]李永哲.钢筋混凝土桥墩弹塑性变形及塑性铰区特性研究[D].北京:北京交通大学,2004.

[2]王树栋,卜建清,刘永前,等.既有公路桥梁承载能力的评定方法[J].工程力学,2001(sup):83-84.

[3]Mander J.B.,Priestley M.J.N.,Park R..Theoretical StressStrain Model for Confined Concrete[J].ASCE Journal of Struc-tural Journal,1988,114(8):1 804-1 825.

8.混凝土桥墩抗裂策略研究 篇八

[关键词]桥梁工程；方形桥墩；有限元；温度效应

1引言

近年来，随着公路交通量的增加，公路、桥梁负荷上升、其承载力日趋饱和，考虑不少公路、桥梁采用混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄基本在40年左右。这些旧有桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一：桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且损害其自身乃至整体桥梁(根据混凝土结构缺损状况评定标准，墩台部件权重约占全桥的50％)的安全性、实用性、耐久性和美观。

2裂缝成因分析

桥墩病害的主要表现形式为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因复杂繁多，裂缝划分无严格界限，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素，其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含：桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。

2.1桥墩设计。桥墩在设计阶段，结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算错误，结构的安全系数不够、设计时考虑的施工可能性与实际情况出现差异等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。

2.2桥墩施工。桥墩施工过程中，水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。

(1)水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。

针对水化热效应影响，建立3个模型如图1：第1个模型采用边长为2.0m的方形截面柱；第2个模型采用截面为2.667m×1.5m的矩形截面柱、第3个模型采用直径为2.256m的圆形截面柱。模型参数均参考325号普通混凝土性能参数选取：单位质量水泥水化热389KJ／Kg；比热取0.96KJ／kg·K；密度取值2450Kg／m³；导热系数取3W／(m·K)；线弹性模量取10^-5℃-1拆模的过程则以桥墩表面对流系数的变化实现。

根据3个截面不同，体积相同的混凝土桥墩模型结果可见(如图2)，在第4天3个模型的内外温差都达到最大，相应的应力也随之达到峰值，依次为3，18MPa、3.00MPa、2.70MPa。3个桥墩模型受水化热效应影响都有开裂的风险。其中，圆截面模型的应力峰值为最小。

(2)施工工艺。在桥墩浇注、起模等过程中，若施工工艺不合理、质量低劣，可能产生各种形式的裂缝，裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异：模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土产生裂缝；混凝土振捣不密实、不均匀，也会引发蜂窝、麻面等缺陷；混凝土的初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规则裂缝；混凝土入模温度过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。

2.3桥墩运营。桥梁在运营阶段，交通量的增长、超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特别注意，往往是结构达到承载力极限的标志。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容忽视，引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。

针对边长为2m的方形桥墩、截面为2.667m×1.5m的矩形桥墩、直径为2.256m的圆形桥墩进行温度骤降的工况模拟。得到结果如图3:3个桥墩模型分别在环境温度变化后的第14小时、第12小时和第22小时达到各自的应力峰值，依次为1.55MPa、1.52MPa、1.38MPa。3者中，应力峰值最大的为截面为2m×2m的方形桥墩，圆截面柱受温度变化影响相对较小。

3裂缝对策研究

混凝土不可避免地带裂缝工作，裂缝的存在和发展也将一定程度地削弱相应部位构件的承载力，并进一步引发保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚或危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。因而，针对前裂缝在设计、施工及运营阶段可能出现的原因，进行控制对策的研究，列述如下。

3.1设计阶段。在计算模型选取合理、桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以一定程度地减缓减弱其温度应力峰值，从而降低其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及构造要求外，应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以提高钢筋控制裂缝的能力。

3.2施工阶段。

(1)水化热。R.Spfingensehmid认为，混凝土的2／3应力来自于温度变化，1／3来自干缩和湿胀。典型的波特兰水泥会在开始3天内放出约50％的水化热。可见，水化热是混凝土早期温度应力的主要来源，过快过高的水化热是早期开裂的主要原因。针对水化热效应，可采取以下措施以改善并控制开裂情况：在满足设计强度的前提下，尽可能采用圆形截面柱、尽可能采用低标号混凝土；采用低水化热的水泥或掺粉煤灰的水泥或掺缓凝剂，其对改善混凝土和易性、降低温升、减小收缩具有较好的效果，也可提高自身抗裂性。此外，对墩身内部布设冷水管以循环降温。

(2)入模温度。降低混凝土的入模温度也是一项降低混凝土温度应力的重要措施。一般的，混凝土从塑形状态转变为弹性状态时，浇注温度越低开裂倾向越小。过高的入模温度会加剧了混凝土的早期温升，使得温度应力更大。

(3)其它。桥墩的模板应具备足够的强度、刚度和稳定性，可承受新浇混凝土的重力、侧压力以及施工过程中可能产生的各种荷载；混凝土的振捣密实、均匀，可有效防止收缩裂缝，不可过捣，否则造成混凝土离析；拆模不应太早，混凝土终凝后对墩柱表面应及时的保湿保温养护，使水泥水化作用顺利进行，以提高混凝土的抗拉强度。主要养护方法包括：覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。

3.3运营阶段。运营阶段的抗裂措施应主要包含两方面内容：对潜在开裂隐患的控制和既有裂缝的修补控制。

对于前者，若不考虑地震、撞击等偶然因素的影响，桥梁在运营期间的裂缝则主要跟环境变化相关。根据前文的温度骤降影响分析，圆形截面柱的抗裂情况较另2者略优，因而，可优先选择圆截面柱作为桥墩的设计方案。除此，可在温度骤降前期或初期，于桥墩表面附加保温材料或涂抹防护材料以削减温度骤降带来的影响。

对于后者，虽然对桥墩混凝土的原材料、配合比及工艺等方面加强预防措施，但混凝土桥墩的裂缝仍不可避免。根据《公路工程质量检验评定标准》规定，公路桥墩裂缝缝宽>0.15mm，铁路桥墩裂缝缝宽>0.2mm以下的局部收缩裂缝，须进行处理、修补。对于运营期间出现的裂缝，由变形变化所引起的裂缝，其无承载力危险，可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。

4结语

9.桥墩 篇九

铁路桥梁空心薄壁桥墩翻模施工技术

铁路桥梁薄壁空心桥墩翻模施工技术在施工中越来越多地被广泛采用,此方法施工桥墩控制简单、施工便捷、利于缩短工期,节约成本.本文系统介绍了翻模施工技术,对铁路高桥空心薄壁桥墩施工有一定的参考价值.

作 者：李林国 作者单位：中铁九局集团第一工程有限公司刊 名：中国科技财富英文刊名：FORTUNE WORLD年，卷(期)：“”(10)分类号：关键词：路空心薄壁桥墩 翻模 施工技本

10.互联网是桥体软硬件是桥墩 篇十

移动互联网是互联网的一部分，互联网是IT的一部分、信息科技的一部分，现在大家经常会把联想、戴尔称之为IT企业，后面有互联网企业，我去年很受冲击，在上海跟朋友聊天，他说以往跟朋友聊天时候都说传统产业怎么怎么样，互联网产业怎么样，他们说最近人家跟他说传统互联网怎么样，移动互联网怎么样，整个事情都是一脉相承的，我们怎么看什么是科技、什么是信息？怎么看整个行业？怎么看历史？我觉得会影响我们怎么理解在这个事情中的位置以及我们将来的发展方向，看起来是很宽的事情，怎么理解这个世界、怎么理解这个历史对你看问题是有帮助的。

IT即信息

跟大家分享一下我怎么理解IT？IT是信息、科技两个单词的缩写，什么是信息？什么是科技？这两个词涵盖了很多东西，科技这个词本意就是做一件事情更好的办法，信息这个词是理解世界的几个维度之一，可以从物质角度，可以从能量角度，也可以从信息角度，IT就是我们怎么从信息角度怎么做越来越多的事情，我列举了几个，科技是做一件事情更好的办法，你能做什么事情呢？关于信息，最笼统地讲，我们无外乎能做几个事情：信息的产生，信息的传输，信息的存储，信息的展现，当然最核心的还是信息处理。

如果从信息的产生、传输、存储和展现来看这个事情的话，就可以看到一个更宏观的视角，首先，IT不是一个新东西，虽然大家认为IT好像是科技行业最近一二十年兴起的东西，中国传统上有四大发明，三项是IT，指南针没有新东西，只告诉你哪边是南、哪边是北，涉及到信息的产生；造纸和印刷术都促进了信息的存储；纸笔竹简比甲骨文方便很多。

IT不是新东西，但基于电子技术的IT是新东西。关于信息的科技，信息是理解世界最重要的维度之一，几千年、几万年来一直在演进，IT不是新东西，是自古以来就有的东西，那是比较久远的事情，往后看的话，最近几十年来或者最近一两百年的发展，在这个时间点，整个IT在什么发展阶段？移动互联网未来会有什么样的可能？

信息的产生、传输、存储与展现

我们先看信息的产生。大家知道，前两天恩格尔·巴特去世，他是一个计算机先驱，他发明了鼠标，其实发明鼠标只是他一个非常小的贡献，他在网络视频会议等等方面都有很大贡献。

从键盘到鼠标以及到网络视频都是在信息产生方面有了很大的推进，不管是信息的产生，还是传输，还是存储，还是展现，某一项技术的出现有可能颠覆整个行业，例如数码相机，原来柯达上百亿元市值，因为有了数码相机，他没有及时转型，瞬间就完了，最早数码相机是柯达发明的，为了保留原有业务，没有对数码相机进行推动，所以后来瞬间被颠覆了。

早几年谷歌有一个收购，是Youtube。过去几年出现了一个更新的视频行业，有一个很新的应用，如果大家没有关注的话可以关注一下，视频数量已经远超过Youtube，通过Wifi随时随地上传，存在云端，产生很多非常有趣的新应用，也有人装在餐馆厨房，随时随地可以看后台，有人装在机场，或者名胜风景区，当存储非常便宜时候会产生很多翻天覆地的变化，这样的公司在将来会产生很大冲击。

我们今天讲在移动互联网领域数据非常重要，很大一部分数据是位置信息，这是基于基站定位、基于GPS基于室内定位或者基于手机的动感传感器。总体来讲，每个人产生的信息急剧增加，未来还会上升。现在另一个热点话题是可穿戴设备，像大麦的计步器，还有测血压的工具，每个人产生信息的能力会大大增强，可能你根本没有意识到你戴上这个东西了，产生的信息急剧增加。

另外是基因测序，过去几十年，整个IT变化会有互联网、移动互联网，定期都用摩尔定律，每18个月成本降一半，导致IT兴起，但是过去十几年，有另一个定律，没有准确的名字，但是有同样变化规律，基因测序单位成本下降的比摩尔定律还快，过去花很多时间终于测了45个人或者60人的基因，现在一个人完整测序几万美元就够了，而且还在迅速下降，未来几年内每个人完整的基因都可以测出来，可能降到几百块钱、一千块钱，这会产生大量数据。信息产生方面，过去有很多进展，未来还有更多进展，而且很多正在处于爆发阶段，不管可穿戴设备，还是跟基因测序的，还是跟视频相关的。

信息传输也是这样，以往有邮政、报刊发行网络，后面有电报、电话、电视，前两天网上在讨论为什么传真这样看起来非常落后的东西反而生命力特别强。未来，短距离低功耗的事情会大大兴起，例如从蓝牙到低功耗蓝牙等等各种低功耗、短距离的传输，会和生活中很多地方结合，会跟可穿戴设备结合，因为传感器产生信息之后需要传给智能手机或者基站，通过远程基站传到云端数据库；又如美团做O2O，本地生活服务的事情，需要验证券，不管用二维码技术，还是用超声波技术，都是短距离信息传播通讯方面的技术，这里有很多新技术产生，新技术必须跟合适的应用模式结合在一起，未来会有很多激动人心的事情发生。

很多信息转瞬即逝，但是更多信息需要存储下去，过去几千年、几百年、几年时间里存储量急剧上升，从5寸软盘到3寸软盘到硬盘，10年前买一个U盘是64兆、128兆，现在以G计算，再往下云存储或者云盘、网盘，存储已经是不需要操心的事情了，几兆、几G的成本几乎可以以免费的方式存下去，这几件事情是会互相促进的，如果产生大量信息，但是没有海量的便宜的存储的话，很多应用就无法支撑起来。

展现，信息展现出来才是有用的，我随便列了几个信息展现方面有影响的技术，比如打印，针式打印、喷墨打印、激光，动态显示，到液晶、等离子、电子墨水，很多新产品、新的创新都是几个东西的结合，亚马逊是非常创新的公司，过去几年最重要创新产品之中就是Kindle，Kindle功能非常单一，一开始用电子墨水屏，跟液晶屏不一样，不伤眼睛，看起来非常柔和，Kindle用了信息传输，不需要WiFi密码，美国3G卡内置在里面，把信息传输方面的进展和信息展现方面的新技术结合在一起，新应用至关重要。例如3D，不管3D电影，还是3D眼镜，很多电视都是3D，裸眼3D。还有GoogleGlass，并不是用新的展示技术，但是是新的使用场景，对信息展现会带来进步，双眼前面除了现实的东西，不需要低头看手表，在信息展示方面可以给你带来很大帮助。最有趣的是3D打印，这是信息的终极展现，以往不管是平面展示，还是3D显示技术，都还是平面事情，但是3D打印是终极展现，我们相信随着科技的发展，材料科学肯定越来越进步，3D打印将做的越来越大。

信息和物质哪一个更重要？以前毫无疑问地说是物质，现在信息越来越重要。当有3D打印之后可能会带来更根本变化，一个是需要有足够的信息，可以在很多地方瞬间完成很多事情，科技是不会停滞进展的，大家觉得互联网发展十几年，有3巨头，好像这个事情有点创新空间不足了，只要我们相信科技是永远不会停止进步的，信息是越来越重要的，信息的产生、存储、展现方面，我相信还有无限的事情需要做，小米树立一个非常好的榜样，他们做的软件、硬件结合的事情，很快在三巨头之外闯出一片空间，还有更多的事情，不管可穿戴设备方面，还是基因测序方面，基于大量数据、存储上面可以做大数据，还有信息展现、3D打印方面，我相信还有无穷无尽的空间。

回到美团，我们做的事情是连接消费者跟商家，对消费者来讲，智能手机越来越普及，3G越来越普遍，信息化已经不成问题了，但是在商家端，很多信息化手段非常低，从信息角度看这个事情，消费者越来越信息化，商家也在越来越信息化，交易也越来越信息化，通过美团能更方便找到更便宜、更好的吃喝玩乐，也可以让商家更好的做生意。在这个过程中，我相信很多事情需要我们从信息角度、从科技角度、有更多产品经理、工程师、科技爱好者一起做这个事情。

（根据美团网CEO王兴在MIIC移动互联网创新大会演讲整理）

11.桥墩受泥石流破坏机理分析 篇十一

关键词：泥石流,冲击力,桥墩,破坏机理

0 引言

我国是一个灾害多发的国家,其中泥石流是山区较为常见的地质灾害。泥石流的防治应根据防护地区的具体条件,采取综合措施,因地制宜的采取跨越、排导、拦挡、拦截及水土保持等措施[1]。其中桥梁即为跨越的方式之一。

由于重力式桥墩对偶然荷载有较强的抵抗能力,多用于大中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中,比较适合泥石流防治过程中使用。本文建立有限元模型,模拟桥墩受泥石流各种荷载组合下,桥墩的破坏机制。根据肖盛燮提出的灾变链式理论[2],研究其链式关系及致灾机理,并为减灾设计提供对策。

1 控制参数的选定与计算公式

1.1 泥石流的容重计算方程

由于构成泥石流流体成分所占的比重不同,不均匀系数大,目前对容重的计算方法多来自各地观察分析的经验公式,陈宁生等在研究基于浆体的泥石流容重计算方法时对常用的10种泥石流容重计算公式作了归纳[3]。

本文基于普适性原则,采用DZ/T 0220-2006泥石流灾害防治工程勘察规范(以下简称《防勘规范》)[5]推荐的现场调查试验法。

其中,γc为泥石流的重度,t/m 3;GC为样品的总质量,t;V为样品的总体积,m 3。

1.2 泥石流流速Vc

根据普适性原则,西南地区采用《防勘规范》给出的计算公式:

其中,Vc为泥石流断面平均流速,m/s;γH为固体物质比重,t/m 3;为清水河床糙率系数,查水文手册;R为水力半径,m,一般可用平均水深H(m)代替;I为泥石流水力坡度,‰;φ为泥石流泥砂修正系数,可查《防勘规范》得出。

1.3 泥石流冲击力

1.3.1 大石块冲击力

根据DZ/T 0239-2004泥石流灾害防治工程设计规范(以下简称《设计规范》)[4],冲击力Fc包括泥石流整体冲压力Fδ和泥石流中大块石的冲击力Fb。胡凯衡等在云南蒋家沟进行冲击力测量研究[6],获得泥石流爆发时的真实冲击力数据。王强等以Thornton理想弹塑性接触模型为基础,推导出泥石流大块石冲击力的计算公式[7],但是其计算较复杂,工程实际计算难以实现。本文采用《设计规范》推荐公式计算:

其中,Fb为泥石流大块石冲击力,kPa;E为工程构件弹性模量,kPa;J为工程构件截面中心轴的惯性矩,m 4;L为构件长度,m;V为石块运动速度,m/s;W为石块重量,kN;g为重力加速度,取g=9.8m/s2;α为块石运动方向与构件受力面的夹角。

1.3.2 整体冲击力

采用《设计规范》给出的泥石流整体冲击力用下式计算:

其中,Fδ为泥石流整体冲击压力,kPa;γc为泥石流重度,kN/m 3;Vc为泥石流流速,m/s;g为重力加速度,m/s2,g=9.8m/s2;α为建筑物受力面与泥石流冲压方向的夹角,(°);λ为建筑物形状系数,圆形建筑物λ=1.0,矩形建筑物λ=1.33,方形建筑物λ=1.47。

2 建立模型

某重力式桥墩处于泥石流区,桥墩为等截面,墩高20m;横截面图见图1。上部结构:采用钢筋混凝土20m T形梁标准构件;标准跨径20m,计算跨径19.5m,梁长19.96m,桥面宽7m+2×0.75m,主梁中距1.60m。一孔上部结构重力为:Pr=792.9kN。

给定泥石流容重为2.0t/m 3,桥墩高20m,最大流速为8.2m/s,石块为花岗岩,平均直径为1m;求得截面惯性矩为68.06m 4,最大冲击力为801kPa,整体冲击力为134.5kPa(计算取α=90°)。野外冲击力测量表明,粒径很大的石块应该是半悬浮运动的[6];按照此结论,ANSYS模拟时荷载施加位置如图2所示:在从墩底到距离墩底15m的地方施加整体冲击力,模拟时采用面荷载;在距离墩底10m的桥墩横桥向桥墩表面中点施加石块冲击荷载,模拟时采用节点荷载。

本文对最大冲击力做瞬态动力处理,整体冲击压力做静力处理,采用线性分析。先对桥墩施加134.5kN的静力;然后施加801kN的冲击力。为便于比较,进行三次冲击分析。第一次冲击时间1s;间隔1s后再施加第二次冲击,冲击时间1s;再间隔1s,施加第三次冲击,冲击时间1s。

3 结果分析

将石块对桥墩三次冲击前后,x方向的位移,应力,以及y方向的应力分别列入表1,表1中墩顶、墩底、冲击表示最大(最小)值所处位置。同时绘出墩顶时程位移曲线,见图3。

表1中,石块冲击时,墩底应力较无石块冲击时增加约60%,在不考虑ANSYS应力显示方向的前提下,石块冲击导致桥墩最大应力增加约3倍;泥石流野外观察认为,相对较大的冲击力来自大石块的冲撞,计算与观测相吻合。

计算结果还说明,即使冲击荷载作用在x方向,y方向的应力也有和x方向应力同样程度的增加。

建立有限元采用线性分析时,由于采用线性分析,有弹性回缩,连续冲击荷载下,位移相比前次有减小的现象,结合墩顶时程位移曲线也能说明x方向最大位移发生在两次碰撞之间。

JTG-2005公路圬工桥涵设计规范提出墩台水平位移对行车影响并不显著,但对伸缩装置有一定的影响,需要根据伸缩装置来确定修正系数。若伸缩装置不能满足性能要求,桥墩位置的改变肯定会影响上部结构受力,还可能产生附加应力。

4 结语

本文将现有泥石流冲击力计算方法进行比较,同时为适应西南地区多发泥石流的计算实际,选择规范推荐公式,计算出泥石流对桥墩的整体冲击力和最大冲击力;在此基础上运用ANSYS建立有限元模型,分析了在静力和动力冲击荷载下,桥墩应力状态的改变,墩顶产生的最大位移,并绘制墩顶时程位移曲线;为泥石流区桥墩设计建造提供了参考依据,得出如下结论:

1)当墩底配筋不足时,桥墩受泥石流破坏最可能发生在墩底,有大石块冲击时,冲击部位将要产生大的应力集中,桥墩承受冲剪形式的荷载。

2)在泥石流沟中若设桥墩,不能采用各类轻型桥墩,桥墩断面形式应采用圆形或者椭圆形,以减轻整体冲击力。为防止大石块冲击力产生的局部破坏,除配置纵向柱筋和箍筋外,桥墩表面可用钢筋网加固,固体物质补给形式若为较大或者坚硬的岩石时,可根据需要设置防撞钢板。

3)墩顶位移主要由整体冲击力产生,大石块的冲击力使墩顶位移进一步增加,最大增量可达80%,在非线性计算时,此值可能会更大。伸缩装置的选择,需要满足墩顶位移的条件。

4)本文基于规范,构建ANSYS静力—动力结合的模型能较真实的反映出泥石流整体冲击力和大石块的冲撞,分析泥石流来临时,整个桥墩应力状态,对泥石流区的桥墩设计建造有指导意义。但是,泥石流是典型的固液混合态,目前泥石流的运动性质还处于探索阶段,牛顿体,宾汉体等都不能准确反映其性质,还需要大量的深入研究[8]。

参考文献

[1]王茹.土木工程防灾减灾学[M].北京:中国建材工业出版社,2008.

[2]肖盛燮.灾变链式理论及应用[M].北京:科学出版社,2006.

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[4]DZ/T0239-2004,泥石流灾害防治工程设计规范[S].

[5]DZ/T0220-2006,泥石流灾害防治工程勘察规范[S].

[6]胡凯衡.泥石流冲击的野外测量[J].岩土力学与工程学报,2006,25(S1):2813-2819.

[7]王强,何思明,张俊云.泥石流防撞墩冲击力理论计算方法[J].防灾减灾工程学报,2009(4):423-427.