橋墩加固設(shè)計(jì)計(jì)算研究

張賢文，李浩宇

(益陽(yáng)市交通規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南益陽(yáng) 413000)

橋墩是位于橋梁的中間部位，支承相鄰兩跨上部結(jié)構(gòu)的建筑物，多數(shù)的橋墩是由磚石砌體、混凝土和鋼筋混凝土構(gòu)建組成。其作用是將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，可靠而有效地傳給基礎(chǔ)，因而上部結(jié)構(gòu)的變化和影響、基礎(chǔ)以下結(jié)構(gòu)的變化與影響，都將會(huì)對(duì)橋墩產(chǎn)生影響和損壞。因此，橋墩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性在很大程度上也決定了橋梁的耐久性。橋墩承載力不足，或出現(xiàn)沉降、傾斜、位移及轉(zhuǎn)動(dòng)，將引起上部結(jié)構(gòu)的損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整座橋梁的坍塌。橋墩的缺陷與病害主要由承載能力不足、沉降、傾斜、移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及開裂等。

目前橋墩的加固設(shè)計(jì)方法有很多種，傳統(tǒng)的一些方法有鋼筋混凝土套箍或護(hù)套加固貫通裂縫的墩臺(tái)法，用支撐法或增建擋土墻處理墩臺(tái)位移，用頂升加固產(chǎn)生過(guò)大沉降的橋梁結(jié)構(gòu)等。因此，橋墩的加固設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于橋梁的荷載承受能力，整個(gè)橋梁的穩(wěn)定性及可靠度，都起著至關(guān)重要的作用。

1 橋墩加固設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

某橋?qū)儆谑屑?jí)危橋改造工程，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)，橋梁的0號(hào)臺(tái)和5號(hào)臺(tái)分別連接縣道，上部結(jié)構(gòu)為5×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，全長(zhǎng)105.06 m，橋面連續(xù)，橋?qū)? m，其中行車道寬6 m，雙向2車道，防撞欄0.5 m，預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)高度為0.95 m，一跨共5塊板，混凝土標(biāo)號(hào)為C40，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)、雙柱式橋墩，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。該橋位于6度地震區(qū)，地震反應(yīng)譜特征周期為 0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為 0.05g。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及計(jì)算方法

下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)、雙柱式橋墩，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

本次計(jì)算采用Midas/cicil進(jìn)行計(jì)算，該橋橋墩設(shè)計(jì)為雙柱式橋墩，由于施工原因?qū)е?#橋墩出現(xiàn)6 cm傾斜，考慮4#墩柱正常情況下與傾斜情況下兩種工況，對(duì)兩種工況在荷載作用下進(jìn)行了對(duì)比分析。

1.3 計(jì)算荷載及相關(guān)參數(shù)取值

計(jì)算主要考慮了永久作用和可變荷載作用，其荷載計(jì)算主要參數(shù)取值見表1，板式橡膠支座參數(shù)取值見表2。

2 墩柱荷載內(nèi)力計(jì)算

橋墩墩柱恒載包括上部結(jié)構(gòu)的恒載反力、蓋梁自重，以及墩柱自重。墩柱承受的荷載按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行不利加載計(jì)算，最后經(jīng)恒載、活載、支座摩阻力和汽車制動(dòng)力等組合，計(jì)算墩柱在組合荷載作用下控制截面內(nèi)力。

表1 荷載計(jì)算主要參數(shù)取值

表2 板式橡膠支座參數(shù)取值

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)反力計(jì)算

該橋上部結(jié)構(gòu)為5×20 m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，橋面連續(xù)，橋?qū)? m，其中行車道寬6 m，雙向2車道，防撞欄0.5 m，每塊板高為0.95 m，采用C40混凝土，橋面橫坡為2%，橋面鋪裝采用15 cm厚C40防水混凝土。上部結(jié)構(gòu)荷載最大反力設(shè)計(jì)值見表3。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)、雙柱式橋墩，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。

表3 上部結(jié)構(gòu)荷載最大反力設(shè)計(jì)值 kN

2.2 4#墩荷載內(nèi)力計(jì)算

橋梁墩柱荷載內(nèi)力主要計(jì)算墩柱經(jīng)恒載、活載、支座摩阻力和汽車制動(dòng)力等組合荷載作用下控制截面內(nèi)力。

組合荷載作用下控制截面內(nèi)力。荷載作用墩柱正常情況與墩柱傾斜情況下的彎矩對(duì)比、位移對(duì)比、應(yīng)力對(duì)比均見表4。

表4 荷載作用下墩柱正常情況與傾斜情況彎矩對(duì)比、位移對(duì)比及應(yīng)力對(duì)比

由表4可知:在荷載組合作用下，4#墩柱正常情況和傾斜6 cm情況兩種情況對(duì)比，柱底彎矩、柱底位移及柱底應(yīng)力均相差較小。在荷載組合作用下，墩柱底部均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，均為全截面受壓狀態(tài)。墩柱正常情況下，柱底左側(cè)應(yīng)力與右側(cè)應(yīng)力分別為-3.195 MPa(壓)、-1.531 MPa(壓);墩柱傾斜6 cm情況下柱底左側(cè)應(yīng)力與右側(cè)應(yīng)力分別為-3.437 MPa(壓)、-1.286 MPa(壓)。與柱正常情況下相比，左側(cè)壓應(yīng)力偏大0.242 MPa、右側(cè)壓應(yīng)力偏小0.245 MPa，兩者偏差均較小。

3 結(jié)論

通過(guò)以上墩柱加固設(shè)計(jì)與計(jì)算，在荷載基本組合作用下，墩柱底部控制截面混凝土均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，墩柱底部均處于全截面受壓狀態(tài)。4#墩柱正常情況下柱底左側(cè)應(yīng)力與右側(cè)應(yīng)力分別為-3.195 MPa(壓)、-1.531 MPa(壓)。4#墩柱傾斜 6 cm 情況下柱底左側(cè)應(yīng)力與右側(cè)應(yīng)力分別為-3.437 MPa(壓)、-1.286 MPa(壓)，與柱正常情況下相比，左側(cè)壓應(yīng)力偏大0.242 MPa、右側(cè)壓應(yīng)力偏小0.245 MPa，兩者偏差均較小。與柱正常情況下相比，4#墩柱在傾斜6 cm情況下，墩柱控制截面的應(yīng)力變化較小，墩柱處于全截面受壓狀態(tài)。設(shè)計(jì)荷載作用下，能滿足橋梁的受力要求，可不需要進(jìn)行加固處理。

［1］顧安邦.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］蒙 云.橋梁加固與改造程［M］.北京:人民交通出版社，2004.