鋼管混凝土疊合柱式橋墩受力性能分析

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1、學兔兔www.xuetutu.com52世界橋梁2010年第2期鋼管混凝土疊合柱式橋墩受力性能分析121曾彥,曾勇,趙順波(1.華北水利水電學院土木與交通學院,河南鄭州450011;2.河南世紀博通工程咨詢有限公司,河南鄭州450008)摘要:為減小橋墩阻水面積,跨南水北調中線工程主干渠的大油村北橋2號墩墩身采用圓形鋼管混凝土疊合柱。采用有限元法進行計算分析,研究疊合柱鋼管壁厚與軸向應力比率、彎曲應力比率、抗剪應力比率和組合應力比率、荷載下位移及自振周期等因素的影響規(guī)律。結果表明,疊合柱能以較小的直徑滿足既定承載能力的要求,比普通混凝土樁柱式結構具

2、有更好的經濟性和抗震性能。關鍵詞:橋墩;鋼管混凝土結構;疊合柱;承載力;抗震;有限元法中圖分類號:U443.22文獻標志碼:A文章編號:1671-7767(2010)02-0052-031引言村北橋上部結構選用(35+240+35)m變截面預鋼管混凝土疊合柱是由中部鋼管混凝土和鋼管應力混凝土連續(xù)箱梁,標準橋面寬13m。箱梁跨中外鋼筋混凝土疊合而成的組合截面構件。在鋼管內梁高1.50m、支墩處梁高2.50m。下部結構中0灌注微膨脹混凝土,以其自身膨脹抵消混凝土的收號、4號橋臺采用肋板式結構,1號、3號墩采用樁接縮,且由于鋼管的約束還能產生一定的壓應力

3、,使內承臺雙柱式橋墩,柱高5m,2號墩采用樁接承臺獨填混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而改善混凝土的強柱式橋墩,柱高8.5m。度性能,使鋼管混凝土疊合柱具有承載力高、塑性和該橋荷載等級為公路-級,橋梁縱斷面位于抗震性能好的優(yōu)點。R=8000m、T=240m、E=3.6m凸形豎曲線,變將鋼管混凝土疊合柱應用于橋梁下部結構中,坡點設于橋梁中點樁號處。為與原有道路順暢連與常用的樁柱式結構比較,具有如下特點:接,橋梁中心線與渠道水流方向夾角為26!。橋梁(1)與相同斷面、荷載的鋼筋混凝土柱比較,用立面布置示意見圖1。鋼量要少;鋼管混凝土提高了構件的抗剪能力,容易

4、實現(xiàn)強剪弱彎。(2)具有良好的延性性能,在動荷載尤其是地震荷載作用下能通過自身變形耗散能量,阻滯或延緩橋梁結構的破壞。(3)整體施工進度較快,柱內鋼筋綁扎和定位圖1大油村北橋立面布置示意精度高。為滿足水利部門嚴格要求的橋梁墩柱阻水面積(4)可以明顯地減小柱斷面面積,混凝土用量不超過過水斷面面積5%的規(guī)定,渠底2號墩避開則隨之減少,結構自重減輕,建設能耗降低。橋梁常規(guī)設計中多用的鋼筋混凝土柱,而考慮采用以跨越河北省永年縣段內南水北調中線工程主相同承載力要求下可明顯減小柱斷面面積的鋼管混干渠的大油村北橋為例,分析鋼管混凝土疊合柱式凝土疊合柱,其構造示意

5、見圖2。橋墩的受力性能。3橋墩截面承載力計算2工程概況采用大型通用有限元計算軟件MIDAS/Civil大油村北橋位于南水北調中線工程主干渠河北2006建立全橋模型,見圖3。橋梁上部結構采用空省永年縣段內,連接S211省道?？缭街鞲汕拇笥烷g梁單元模擬,共劃分為152個單元,1號、3號墩均收稿日期:2009-01-15作者簡介曾:彥(1978-),女,講師,2002年畢業(yè)于武漢理工大學公路與城市道路專業(yè),工學學士,2005年畢業(yè)于武漢理工大學道路與鐵道工程專業(yè),工學碩士(Email:zy800426@sina.com)。學兔兔www.xuetutu.

6、com鋼管混凝土疊合柱式橋墩受力性能分析曾彥,曾勇,趙順波53力的折減系數(shù),取1=1.0;為鋼管混凝土的套箍指標,=fsAs/fccAcc,fs為鋼管鋼材抗壓、抗拉和抗彎強度設計值;As為鋼管的截面面積;Acc為核心混凝土毛截面面積;fcc為核心混凝土軸心抗壓強度設計值。通過計算,鋼管混凝土疊合柱軸心受壓承載力圖2鋼管混凝土疊合柱截面(Nu)為29280.94kN,約束增強系數(shù)為1.41,即核采用梁單元,為便于比較普通鋼筋混凝土橋墩(設計心鋼管混凝土軸壓承載力是鋼管和混凝土承載力單直徑采用1.8m)與鋼管混凝土疊合柱橋墩(設計直獨相加之和的1.41

7、倍。外圍普通混凝土的正截面徑采用1.6m)的承載性能,分別建立2號墩2種不[1]承載力Nco為18933.89kN,則整個截面的軸壓承同形式的計算模型,鋼筋混凝土橋墩采用梁單元模載力為48214.83kN。擬,疊合柱截面采用組合截面模擬。上部結構橋面3.3承載力對比系的剛度(豎向、橫向撓曲剛度和扭轉剛度)和質量鋼管混凝土由于鋼管對內填微膨脹混凝土的套(平動質量和轉動慣量)都集中在中間節(jié)點上,節(jié)點箍作用,使混凝土在有側限條件下受壓。由上述計和橋墩之間處理為主從關系;2號墩支座和主梁在算的直徑1.8m普通鋼筋混凝土柱與直徑1.6m順橋向、橫橋向、豎向采

8、用主從約束,其余各支座按的疊合柱承載力數(shù)值可知,采用疊合柱時承載力明實際抗壓與抗彎剛度,采用理想彈塑性連接單元模顯提高。同