下穿公路路基震動荷載對橋梁穩(wěn)定性影響分析

萬貽平 李子運

(1.江西省萬年縣建設局，江西 萬年 335500； 2.重慶科技學院基建處，重慶 401331)

下穿公路路基震動荷載對橋梁穩(wěn)定性影響分析

萬貽平1李子運2

(1.江西省萬年縣建設局，江西 萬年 335500； 2.重慶科技學院基建處，重慶 401331)

在實踐調(diào)研資料分析的基礎上，選取合適的路基震動加速度，就某地一高架橋下穿公路路基的震動作用對該橋的影響進行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明，按照下穿路基設計標準，該下穿路對橋梁的影響較小。

震動，高速公路，橋梁，荷載

改革開放以來，我國大舉進行城市化進程，大力推進基礎設施建設，當今城市建設中，高樓鱗次櫛比，城市立交，高架，軌道交通，地鐵，橋梁，隧道一系列工程陸續(xù)上馬，城市面貌日新月異。在此情況下，城市用地緊張成為一個日漸顯現(xiàn)且迫切有待解決的重要問題，在既有構(gòu)筑物附近或是周邊新建構(gòu)筑物的情況屢見不鮮，如既有橋梁下修建新的道路等。這種新修道路對已有高架橋安全、穩(wěn)定性的影響已成為當今城市發(fā)展急需解決的重要關(guān)鍵技術(shù)問題之一。論文以某地擬建道路下穿一特大橋為例，在調(diào)研、實地檢測以及數(shù)據(jù)分析等的基礎上，采用數(shù)值分析的方法對擬建道路施工及后續(xù)運營過程中產(chǎn)生的震動荷載對橋梁穩(wěn)定性影響進行了分析，旨在為類似建筑的安全性評價提供參考依據(jù)。

1 計算模型及參數(shù)選取

計算模型中，忽略側(cè)墻和橋面構(gòu)造的剛度效應，僅考慮某地特大橋下部道路車輛行駛荷載及施工過程震動荷載對于橋梁結(jié)構(gòu)的影響。采用重慶大學購置的FLAC3D軟件建立有限差分模型。橋面與承臺各單元之間為固接，立柱與承臺以及巖基之間采用固接，拱圈節(jié)點為主節(jié)點。模型共15 017個單元，22 152個節(jié)點，其有限差分分析見圖1。

本次計算中巖土體采用摩爾庫侖本構(gòu)，橋梁采用彈性本構(gòu)，地層參數(shù)根據(jù)該大橋下部干線南段(K0+0～K2+548.924段)道路工程工程地質(zhì)勘察報告與設計資料見表1。

表1 巖土體及橋梁參數(shù)表

2 監(jiān)測點布置及震動波的輸入

由交通系統(tǒng)誘發(fā)的環(huán)境震動是一種強度相對較弱(主要是相對于工廠和施工)，頻率較寬，同時持時較長的震動。而公路交通的振源頻帶一般都在80 Hz以下。一般情況下由振源到測試地點都要通過地下土層的傳播。對于交通系統(tǒng)引起的震動，土的應變值一般為更小的數(shù)量級，因此，在土體中產(chǎn)生的震動波屬于彈性波，加速度一般不超過0.1g。施工工程中產(chǎn)生的震動也屬于環(huán)境震動也是一種強度相對較弱的波，因此，采用0.1g的加速度波可滿足以上要求。

本次計算在橋梁的中心線部位布置了兩排監(jiān)測點，分別為JC1，JC2，JC3，JC4，JC5，JC6，其中，JC1，JC2，JC3用以監(jiān)測車載震動過程中橋面的豎向加速度，JC4，JC5，JC6用以監(jiān)測震動過程中橋面的水平加速度。監(jiān)測點布置圖見圖2。震動荷載引起的加速度波輸入見圖3。

3 計算結(jié)果

3.1 位移場分析

圖4為橋面在下部公路荷載震動作用下的位移等值線圖，可以看出車載震動下橋面兩側(cè)產(chǎn)生不同程度的沉降變形，最大值僅為0.189 mm，可見荷載對橋面的影響較小。

3.2 應力場分析

橋下車載作用下，橋體最小、最大主應力等值線分布圖見圖5，圖6(圖中拉應力為正，壓應力為負)。

從圖5最小主應力圖中可以看出在橋面連接部位出現(xiàn)了14 726 Pa的拉應力，這是因為建模時連接處采用實體連接，而實際上連接處是分開的，因而，14 726 Pa的拉應力本次計算可不予考慮。從圖6可以看出在靠近公路的兩根立柱出現(xiàn)了壓應力集中，最大值為14 675 Pa。

3.3 震動速度分析

圖7，圖8分別為各監(jiān)測點(JC1，JC3)加速度時程曲線圖。本次計算中設置了瑞雷阻尼，分別為0.05和1.5。表2為各監(jiān)測點加速度最大值的統(tǒng)計，可以看出JC2，JC3的豎向加速度較大，但未超出規(guī)范要求。

表2 各監(jiān)測點最大加速度統(tǒng)計表 cm/s2

4 結(jié)語

應用數(shù)值模擬技術(shù)對某特大橋擬建下穿公路路基震動荷載作用下對大橋的安全影響進行了分析，得到了路基震動作用下橋梁橋面、橋墩等的位移場、應力場以及路面監(jiān)測點的震動加速度時程曲線。結(jié)合規(guī)范得出，該特大橋下路面上行駛車輛施工過程產(chǎn)生的震動荷載都相對較小，對橋梁的安全性影響較小。

[1] 建設部118號令，城市橋梁檢測和養(yǎng)護維修管理辦法[S].

[2] CJJ 99—2003，城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG H11—2004，公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S].

[4] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

Analysis on the influence of underpass highway sub-grade vibration dynamic load to bridge stability

Wan Yiping1Li Ziyun2

(1.JiangxiWannianConstructionBureau,Wannian335500,China;2.ConstructionDepartmentChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China)

Based on the practice investigation and data analysis, selecting the suitable sub-grade vibration acceleration, this paper made numerical simulation analysis on the influence of the vibration effect of a viaduct underpass highway sub-grade to the bridge, the results showed that, according to the design standard of underpass sub-grade, had little influence to underpass bridge.

vibration, highway, bridge, load

2015-01-15

萬貽平(1980- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)09-0163-02

U441.2

A