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​柔性墩计算要点

futao 桥梁拆除 2019-04-18 788 0
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柔性墩计算要点

柔性墩桥(图2-12和图2-13)是由桥台、柔性墩(有时含刚性墩)和梁组成的一联多孔或多联多孔的连续铰接(对简支梁)或连续刚接(对连续刚架)的超静定框架结构。现仅对连续铰接进行分析,连续刚接由于梁与墩无相对位移,计算原理与一般刚构相同,无需特殊考虑。

连续铰接柔性墩桥是以结构联分组作整体计算。

(一)柔性墩的计算图式

由于按节点处设水平弹簧支承的连续框架计算比较繁杂,为计算简便,一般将柔性墩简化为单墩计算(图2-71)。简化的基本假设如下:

(1)柔性墩视为上端铰支、下端固接的超静定梁,下端固定位置按第五章桩基础考虑地基土性质确定l。的要求处理。

(2)引起墩顶位移的各种影响力分别进行力学分析计算,忽略这些力的相互作用影响,内力计算采用叠加原理。

(3)计算制动力时,按联内各墩、台的抗推刚度(使墩(台)顶产生单位水平位移时所需在墩(台)顶施加的水平力)分配。

a)结构图示

a)结构图示

b)墩顶水平反力计算图示

b)墩顶水平反力计算图示

图2-71柔性墩结构简化计算图

柔性墩顺桥向内力计算应计及下列因素:

(1)汽车制动力;

(2)梁受竖向荷载时下缘的伸长;

(3)温度变化时梁的伸缩;

(4)水平力作用时固定支座缝隙变化;

(5)梁体混凝土收缩和徐变;(6)架梁时残留的墩顶位移;

(7)支座竖向反力及其偏心力矩;

(8)墩身风力;

(9)墩身在日照下产生的温度力;(10)墩身施工偏差及架梁偏差。

一般对公路桥梁,第(2)、(4)项可以不考虑,第(10)项根据具体施工情况自定。

(二)顺桥向墩顶水平位移计算

墩顶位移由上述各因素分项计算合成。

1.汽车制动力引起的墩顶位移

不考虑梁在水平力作用下的纵向变形,则一联内各墩水平位移相同,由制动力引起的墩顶位移可近似按下式计算,即:

(2-42)(2-42)式中:A;——汽车制动力作用下联内各墩(台)顶水平位移;T——作用联内的制动力;K——联内各墩(台)的抗推刚度。

image.png

式中:6—一单位力作用在第i个柔性墩顶时产生的水平位移;

1.——第i个柔性墩的计算高度;El——墩身刚度。

当桩在土中嵌固点较深需考虑桩侧土的弹性抗力时,可按第五章的内容计算6。

2.温度变化时梁的伸缩引起的墩顶位移

在架梁后,梁体会因为外界温度的升高与降低(相对架梁时温度)而伸长或缩短,从而使柔性墩顶产生水平位移。在计算墩的位移时,首先需要确定温度变化时位移零点的位置。

按图2-72所示,用下式计算,即:

(2-43)(2-43)

式中:X。0-0线至0号墩的距离;

—墩的序号,i=0,1,2…,n,n为总墩数减1;L——桥梁跨径。

图2-72温度变化时柔性墩的墩顶位移

图2-72温度变化时柔性墩的墩顶位移

如果用x1,X₂…,X.表示各墩至0-0线的距离,则得各墩顶由温度变化引起的水平位移为:A2=aAtX(2-44)

式中:42——温度变化时梁的伸缩引起的墩顶水平位移;a——梁体混凝土线性膨胀系数;A——计算最高(低)温度与架梁时温度的差值。

3.梁体混凝土收缩徐变产生的墩顶位移

梁体混凝土收缩徐变产生的墩顶位移,按如下两种情况计算。

(1)钢筋混凝土

A3=nyaLT.(2-45)

式中:A,—梁体混凝土收缩徐变产生的墩顶位移;n——计算墩与联内刚性墩之间梁的孔数;T.——相应的温度变化幅度,架桥机架梁时可采用5~10℃;y——相应于梁收缩徐变时柔性墩徐变的应力效应系数,可按表2-11采用架设时梁的混凝土龄期,当T7.=5℃时按180d计,当T.=10℃时按90d计;其余符号意义同前。

相应于梁收缩、徐变时柔性墩徐变的应力效应系数表2-11

相应于梁收缩、徐变时柔性墩徐变的应力效应系数表2-11

注:l.预应力混凝土梁的龄期应按梁建立预应力时起算。

2.徐变增长速度系数B,在混、冷地区取较小值,早、热地区可取较大值。

(2)预应力混凝土梁

A=ny(AL,+Al2)(1-C)(2-46)

AL1=0.8(e。+0.8ghg.L(2-47)

Al2=6.4f.y-/L(2-48)

式中:C——梁体建立预加力后至架设的间隔时间;AL,——由于梁体混凝土收缩和预加力作用下徐变的轴向变形终极值;AL,——由于梁体预加力作用产生的徐变上拱使梁下缘缩短的终极值;c。——混凝土收缩应变终极值;

0,——梁内预加力产生的混凝土平均应力;E,——梁体混凝土的弹性模量;。——混凝土徐变系数的终极值;

f.——徐变终极上拱度;y.——梁端换算截面重心轴至梁底距离;其余符号意义同前。

4.架梁时残留的墩顶位移

施工架梁过程中,墩顶在架梁施工荷载作用下会发生部分水平位移,由于柔性墩桥为一超静定结构,架梁后,部分位移不能自由恢复而使墩身产生内力。规范规定,通过每个柔性墩单独考虑,可采用A,=0.3cm。

以上四项墩顶位移为公路桥梁一般应该考虑的项目,也可结合实际情况进行取舍组合,确定墩顶发生的总水平位移A=A,+

42+A+Aa,此后即可按图2-73所示计算,通过结构力学方法求得水平位移下的墩身各截面的内力。

图2-73最不利外力组合图

图2-73最不利外力组合图

(三)墩身内力计算

1.墩顶水平位移产生的内力计算

前述墩顶产生的总水平位移A的水平力T,按结构力学方法求出:

(2-49)(2-49)y处截面弯矩为:

(2-50)(2-50)

2.顺桥向风力产生的内力计算

(2-51)(2-51)

(2-52)(2-52)

式中:q—风力强度,上式计算结果为单位墩宽的内力。

3.墩顶偏心弯矩产生的内力计算

(2-53)(2-53)

(2-54)(2-54)

4.墩顶轴向力产生的内力计算

图2-74所示,由于墩顶有侧向约束,并已有A的水平位移,所以轴力N在竖直作用的同时还会产生相应的侧向水平力,使墩身产生弯矩。设墩顶产生水平位移A后墩身挠曲曲线为:

image.png

图2-74柔性效墩身挠曲曲线(2-55)

在墩顶作用单位力时墩顶水平位移为:

(2-56)(2-56)在N作用下产生的墩顶水平位移为:

(2-57)(2-57)以式(2-55)的x值代入式(2-57)并积分得出6w值,则考虑A的存在,N使墩顶产生的水平力T。为:

(2-58)(2-58)

Ma=Tay+N(A-x)  (2-59)

5.墩身日照产生的温度内力

(2-59)该项计算请参考本节空心高墩相关内容。

将以上5项内力计算结果进行叠加,就得柔性墩的计算内力值。上述内容计算时,可参考

《铁路柔性墩桥技术规范》(TB10052-97)。



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