桥下采沙对桥梁受力及安全影响研究

发布时间：2020-03-02 03:30

【摘要】：近年来河道无序采沙对桥梁结构安全带来了很大隐患,针对桥下乱挖乱采河沙情况,以采用摩擦桩基础的某高速公路连接线特大桥梁为研究对象,通过理论分析、数值模拟和现场试验,开展桥下采沙对桥梁承载能力及安全的影响研究。研究结果表明:桥下挖沙导致了桩端土处承载力和单桩承载力显著降低,而对墩柱下沉量、主梁跨中挠度和墩柱弯矩影响较小;试验车辆在桥上行驶时,采沙桥墩墩顶竖向动位移和纵向动位移较未采沙桥墩有所增大,刹车则引起两个方向动位移显著增大,远大于跑车试验数据;过路汽车试验数据远大于试验车数据,过路车超载严重;试验车辆和过路车作用下主梁跨中动挠度变化不明显;车辆重量是影响墩顶竖向位移的主要因素,车辆刹车时的纵向制动力是影响墩顶纵向位移的主要因素;桥上刹车和超载具有较大危害,需尽快采取限速、限重、加固等措施,避免桥上紧急制动和水流冲刷,保证桥梁结构安全。
【图文】：

现场照片,桥梁

虐踩鄧褂谩?1桥梁概况某高速公路连接线桥梁跨越河流，全长581m，上部结构为23m×25m预应力混凝土先简支后连续小箱梁，分为5联，横向布置4片梁，直线桥，桥面横坡为2%单向坡;下部结构为桩柱式墩台，均采用灌注桩基础，按摩擦桩设计，设计桩长43m。设计荷载为公路一级，桥面宽度2×0.5m防撞护栏+净－12m行车道，桥梁全宽13m。桥位处地基土由第四系中砂、粗砂砾砂及黏土构成，桩端持力层为粗砂层。河流为典型的季节性河流，除汛期外，河道几乎常年无水，设计洪水频率1/100，一般冲刷深度3.9m，最大冲刷深度5.36m。图1桥梁现场照片Fig.1Bridgescenephoto桥下存在乱采河沙现象，第15～21孔桥下挖沙现象最为严重，河床已比原始河床下挖了3.00～9.05m。第16#～21#墩部分桩基础裸露在外，其中16#墩桩基露出9.05m，17#墩桩基露出8.1m，18#墩桩基露出4.86m，19#墩桩基露出2.3m，20#墩桩基露出7.0m，，对大桥桥墩基础造成巨大影响。加之本条线路上超载车辆异常繁多，最大超载车辆重量达到100t以上，已经严重危及大桥安全［15］。2数值模拟计算2.1计算参数各土层桩侧摩阻力标准值qik参照《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG063—2007)［1］取值和设计图纸取值，采沙前后地基土层参数相同，通过对比的方法建立有限元模型来分析研究桥下采砂对墩梁承载力的影响，各土层桩侧摩阻力标准值见表1。77

桩土作用,全桥,有限元模型

第1期陈树礼，等:桥下采沙对桥梁受力及安全影响研究25m和4×25m，所以建模时建立两联整体模型，采用有限元软件Midas/Civil建立空间有限元模型进行结构分析计算，有限元模型见图2～图5，其中箱梁之间横梁和桥面接缝均采用刚接。表5水平向抗力系数的比例系数(单位:kN/m4)Tab.5Ｒatiocoefficientofhorizontalresistancecoefficient(unit:kN/m4)编号①②③④⑤⑥⑦⑧土层砂粗砂亚黏土粗砂砾砂粗砂黏土粗砂比例系数m140002000080002000030000200001200025000图2考虑桩土作用的全桥有限元模型Fig.2Fullbridgefiniteelementmodelconsideringinterfaceeffectbetweenpilesandsoil图3车道布置及桥梁细部结构Fig.3Lanelayoutandbridgedetailstructure根据设计图纸确定车道位置，全桥共布置3个车道，活载取公路一级荷载(加载图式见图6)，加载时按最少一车道，最多三车道加载，程序自动实现多车道加载折减，恒载考虑梁体自重及二期恒载作用。图4汽车荷载作用下最大反力图(原设计)Fig.4Maximumreactionundervehicleload(originaldesign)图5墩柱在汽车荷载作用下最大弯矩图(单位:kN·m)Fig.5Maximumbendingmomentofpiercolumnundervehicleload(unit:kN·m)计算在汽车荷载作用下，采沙后工况及原设计工况下梁体跨中最大竖向变形、墩顶下沉量、墩柱弯矩。汽车荷载作用下桥跨及墩柱部分参数计算值(最大值)见表6。图6车道荷载加载图式Fig.6Laneloadingpattern在公路一级汽车荷载作用下，采沙后桩身变化对墩柱受力、上部结构受力、墩柱弯矩、自振频率产生一定的影响，其中跨中竖向变形最大值增大6.2%，79

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