鋼管混凝土疊合柱式橋墩受力性能分析

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1、學(xué)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(xué)院土木與交通學(xué)院,河南鄭州450011;2.河南世紀(jì)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(diào)中線工程主干渠的大油村北橋2號(hào)墩墩身采用圓形鋼管混凝土疊合柱。采用有限元法進(jìn)行計(jì)算分析,研究疊合柱鋼管壁厚與軸向應(yīng)力比率、彎曲應(yīng)力比率、抗剪應(yīng)力比率和組合應(yīng)力比率、荷載下位移及自振周期等因素的影響規(guī)律。結(jié)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(jié)構(gòu)具

2、有更好的經(jīng)濟(jì)性和抗震性能。關(guān)鍵詞:橋墩;鋼管混凝土結(jié)構(gòu);疊合柱;承載力;抗震;有限元法中圖分類號(hào):U443.22文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1671-7767(2010)02-0052-031引言村北橋上部結(jié)構(gòu)選用(35+240+35)m變截面預(yù)鋼管混凝土疊合柱是由中部鋼管混凝土和鋼管應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,標(biāo)準(zhǔn)橋面寬13m。箱梁跨中外鋼筋混凝土疊合而成的組合截面構(gòu)件。在鋼管內(nèi)梁高1.50m、支墩處梁高2.50m。下部結(jié)構(gòu)中0灌注微膨脹混凝土,以其自身膨脹抵消混凝土的收號(hào)、4號(hào)橋臺(tái)采用肋板式結(jié)構(gòu),1號(hào)、3號(hào)墩采用樁接縮,且由于鋼管的約束還能產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力

3、,使內(nèi)承臺(tái)雙柱式橋墩,柱高5m,2號(hào)墩采用樁接承臺(tái)獨(dú)填混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而改善混凝土的強(qiáng)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(jí)為公路-級(jí),橋梁縱斷面位于抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。R=8000m、T=240m、E=3.6m凸形豎曲線,變將鋼管混凝土疊合柱應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)中,坡點(diǎn)設(shè)于橋梁中點(diǎn)樁號(hào)處。為與原有道路順暢連與常用的樁柱式結(jié)構(gòu)比較,具有如下特點(diǎn):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(gòu)件的抗剪能力,容易

4、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎。(2)具有良好的延性性能,在動(dòng)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(jié)構(gòu)的破壞。(3)整體施工進(jìn)度較快,柱內(nèi)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(yán)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?dāng)嗝婷娣e5%的規(guī)定,渠底2號(hào)墩避開則隨之減少,結(jié)構(gòu)自重減輕,建設(shè)能耗降低。橋梁常規(guī)設(shè)計(jì)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(nèi)南水北調(diào)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?yàn)槔?分析鋼管混凝土疊合柱式凝土疊合柱,其構(gòu)造示意

5、見圖2。橋墩的受力性能。3橋墩截面承載力計(jì)算2工程概況采用大型通用有限元計(jì)算軟件MIDAS/Civil大油村北橋位于南水北調(diào)中線工程主干渠河北2006建立全橋模型,見圖3。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用空省永年縣段內(nèi),連接S211省道?？缭街鞲汕拇笥烷g梁?jiǎn)卧M,共劃分為152個(gè)單元,1號(hào)、3號(hào)墩均收稿日期:2009-01-15作者簡(jiǎn)介曾:彥(1978-),女,講師,2002年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)公路與城市道路專業(yè),工學(xué)學(xué)士,2005年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè),工學(xué)碩士(Email:zy800426@sina.com)。學(xué)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(biāo),=fsAs/fccAcc,fs為鋼管鋼材抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值。通過計(jì)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(qiáng)系數(shù)為1.41,即核采用梁?jiǎn)卧?為便于比較普通鋼筋混凝土橋墩(設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)直獨(dú)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(hào)墩2種不[1]承載力Nco為18933.89kN,則整個(gè)截面的軸壓承同形式的計(jì)算模型,鋼筋混凝土橋墩采用梁?jiǎn)卧］d力為48214.83kN。擬,疊合柱截面采用組合截面模擬。上部結(jié)構(gòu)橋面3.3承載力對(duì)比系的剛度(豎向、橫向撓曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度)和質(zhì)量鋼管混凝土由于鋼管對(duì)內(nèi)填微膨脹混凝土的套(平動(dòng)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)都集中在中間節(jié)點(diǎn)上,節(jié)點(diǎn)箍作用,使混凝土在有側(cè)限條件下受壓。由上述計(jì)和橋墩之間處理為主從關(guān)系;2號(hào)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(shí)承載力明實(shí)際抗壓與抗彎剛度,采用理想彈塑性連接單元模顯提高。同