整体式桥梁桥台-钢桩结合段受力特性及合理构造研究

发布时间：2020-09-17 17:12

　　桥台是整体式桥梁上部构件与下部基础之间传递内力和变形的重要结构,是整体式桥梁设计计算的关键部位。为了解决整体式桥梁桥台的两个关键问题:桩帽—钢桩节点的设计计算方法、桩帽—钢桩结合段构造型式优化,本文针对桥台—钢桩节点的力与位移边界条件、桥台破坏模式、结合段合理构造等多项内容开展了理论分析和数值模拟,取得如下结论:(1)考虑结构—土相互作用的单桩分析模型能够较好地反映结合段的实际受力、变形边界条件,在研究桥台钢混结合段的承载能力时,对单桩模型的有限元分析是准确的。(2)桥台节点中的混凝土桩帽结构可能发生两种破坏模式:局部混凝土开裂破坏、台帽冲切破坏,而钢桩嵌入深度、混凝土桩帽厚度是判断破坏模式的关键影响参数,本文对两个参数的合理取值分别进行了探讨,并建立了通过局部应力集度评估混凝土桥台—钢桩结合段承载能力的判断基准。(3)对分别采用箍筋、剪力钉、PBL连接件三种连接构造的桩帽节段混凝土应力分布情况进行了对比,建议在钢桩—混凝土桥台钢混结合段中应设置PBL连接件以避免桩帽横向受力过大导致的裂缝发生和扩展、增强结构的承载能力。本文通过某实际依托工程项目对研究结果进行了应用,计算所得桥梁结构的内力、变形结果比较合理,同时有效地降低了施工难度和后期维护费用,证明整体式的设计方案具备良好的经济技术性,适合推广。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441
【部分图文】：

整体式桥台,整体式,桥台,热点

图 1. 3 整体式桥台构造国内外整体式无缝桥研究的热点式、耐久性等问题都做了相当的]通过对主梁—桥台节点试件的承合节点界面的接触相互作用和力应变关系的分析提出了新型的整件和加劲肋抗剪连接件应用于现载力和节点抗开裂能力、以及桥过对处于高轴向力状态约束下的横向屈曲进行了数值模拟，将结关键参数，如梁的长度、翼缘的计算拆桥过程中钢梁的临界屈曲

混凝土桩,桥台,节点

桥台桩基础为单排矩形钢筋混凝土柱桩（节点立面如下图1.4 所示），截面尺寸为 70×50cm。为降低桥台—混凝土桩柱节点的刚度，混凝土桩以弱轴受弯布置，并且采用挖孔灌注的施工方式，并在桩周的孔隙内回填松砂，在满足承载力的前提下提高了混凝土桩的变形变位能力。图 1. 4 桥台—混凝土桩节点国外在使用桥台混凝土桩时，出于减小桥台—混凝土桩节点刚度、释放上部结构变形的考虑，常通过在混凝土桩顶包裹织物或者填充发泡聚苯乙烯层以形成 PinnedConnection 连接，这种连接方式的刚度被认为介于固结和铰接之间。但 RobertE.等[31]通过对一座使用预制混凝土桩的单跨整体式桥进行长期监测的结论表明，在桩顶加铺织物的效果是有争议的。在浇筑桥台混凝土之前安装这种包裹物的目的是减少桥台混凝土的旋转约束，从而形成 PinnedConnection 连接，然而从桩应变数据来看，对于 PC 桩的这种连接方式的旋转自由度尚不明确。Garder 等[32]通过参数分析，探究了影响超高性能混凝土桩性能的关键参数，并进行了一系列现场试验，以评估粘土和粉质粘土中超高性能混凝土试验桩的性能，以及在桥台桩基础施工、横向受荷的结构受力情况。结果表明，超高性能混凝土桩已经超过了设计要求的轴、横向承载力，具有足够的抗拔力和足够的刚接性能，采用超高性能混凝土作为整体式桥台桩基础的是十分合适的。Gama, F. Almeida 等[33]通过建立从简单二维线弹性模型到更复杂的非线性模型用以评估设计变量和建模方法的准确性如何影响钢筋混凝土桩的工作性能

钢桩,桥台,节点连接构造,节点设计

建造标准规定，只要钢桩嵌入桥台中的 2—3ft.（约 60—90cm）深度即可满足。IqbalHusain[41]等通过对某试验桥进行参数分析后认为钢桩顶部需要嵌入桥台 cm，并对桩帽段进行充分加固后才能有效地传递弯矩和抵抗开裂。帽尺寸也关乎整个桥梁结构性能，合理的尺寸参数确定对桥台开裂起到有效的。Burdette 等[42]通过钢桩—桥台节点加载试验发现，当桥台厚度增加至 0.914m件所受横向位移从 1in.（25.4mm）加载到 4in.（102mm）过程中，除局部区域土剥落外，整个结构的荷载—挠度关系无明显退化，钢桩—桥台结合段能够继能。桩—桥台结合段承受上部结构传递的剪力和弯矩，使得Ｈ型钢桩周围混凝土处状态，因此需要在混凝土桥台中安装钢筋和各种加劲构造，以提高结合段抗剪载力。下图 1.5 为五种在国外使用过的局部连接构造[43]，无论是钢筋、剪力钉接件或者是其组合型式都希望通过局部加劲构造来提高整个节点的承载力。

【参考文献】