钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com52世界桥梁2010年第2期钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析121曾彦,曾勇,赵顺波(1.华北水利水电学院土木与交通学院,河南郑州450011;2.河南世纪博通工程咨询有限公司,河南郑州450008)摘要:为减小桥墩阻水面积,跨南水北调中线工程主干渠的大油村北桥2号墩墩身采用圆形钢管混凝土叠合柱。采用有限元法进行计算分析,研究叠合柱钢管壁厚与轴向应力比率、弯曲应力比率、抗剪应力比率和组合应力比率、荷载下位移及自振周期等因素的影响规律。结果表明,叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,比普通混凝土桩柱式结构具

2、有更好的经济性和抗震性能。关键词:桥墩;钢管混凝土结构;叠合柱;承载力;抗震;有限元法中图分类号:U443.22文献标志码:A文章编号:1671-7767(2010)02-0052-031引言村北桥上部结构选用(35+240+35)m变截面预钢管混凝土叠合柱是由中部钢管混凝土和钢管应力混凝土连续箱梁,标准桥面宽13m。箱梁跨中外钢筋混凝土叠合而成的组合截面构件。在钢管内梁高1.50m、支墩处梁高2.50m。下部结构中0灌注微膨胀混凝土,以其自身膨胀抵消混凝土的收号、4号桥台采用肋板式结构,1号、3号墩采用桩接缩,且由于钢管的约束还能产生一定的压应力

3、,使内承台双柱式桥墩,柱高5m,2号墩采用桩接承台独填混凝土处于三向受压状态,从而改善混凝土的强柱式桥墩,柱高8.5m。度性能,使钢管混凝土叠合柱具有承载力高、塑性和该桥荷载等级为公路-级,桥梁纵断面位于抗震性能好的优点。R=8000m、T=240m、E=3.6m凸形竖曲线,变将钢管混凝土叠合柱应用于桥梁下部结构中,坡点设于桥梁中点桩号处。为与原有道路顺畅连与常用的桩柱式结构比较,具有如下特点:接,桥梁中心线与渠道水流方向夹角为26!。桥梁(1)与相同断面、荷载的钢筋混凝土柱比较,用立面布置示意见图1。钢量要少;钢管混凝土提高了构件的抗剪能力,容易

4、实现强剪弱弯。(2)具有良好的延性性能,在动荷载尤其是地震荷载作用下能通过自身变形耗散能量,阻滞或延缓桥梁结构的破坏。(3)整体施工进度较快,柱内钢筋绑扎和定位图1大油村北桥立面布置示意精度高。为满足水利部门严格要求的桥梁墩柱阻水面积(4)可以明显地减小柱断面面积,混凝土用量不超过过水断面面积5%的规定,渠底2号墩避开则随之减少,结构自重减轻,建设能耗降低。桥梁常规设计中多用的钢筋混凝土柱,而考虑采用以跨越河北省永年县段内南水北调中线工程主相同承载力要求下可明显减小柱断面面积的钢管混干渠的大油村北桥为例,分析钢管混凝土叠合柱式凝土叠合柱,其构造示意

5、见图2。桥墩的受力性能。3桥墩截面承载力计算2工程概况采用大型通用有限元计算软件MIDAS/Civil大油村北桥位于南水北调中线工程主干渠河北2006建立全桥模型,见图3。桥梁上部结构采用空省永年县段内,连接S211省道。跨越主干渠的大油间梁单元模拟,共划分为152个单元,1号、3号墩均收稿日期:2009-01-15作者简介曾:彦(1978-),女,讲师,2002年毕业于武汉理工大学公路与城市道路专业,工学学士,2005年毕业于武汉理工大学道路与铁道工程专业,工学硕士(Email:zy800426@sina.com)。学兔兔www.xuetutu.

6、com钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析曾彦,曾勇,赵顺波53力的折减系数,取1=1.0;为钢管混凝土的套箍指标,=fsAs/fccAcc,fs为钢管钢材抗压、抗拉和抗弯强度设计值;As为钢管的截面面积;Acc为核心混凝土毛截面面积;fcc为核心混凝土轴心抗压强度设计值。通过计算,钢管混凝土叠合柱轴心受压承载力图2钢管混凝土叠合柱截面(Nu)为29280.94kN,约束增强系数为1.41,即核采用梁单元,为便于比较普通钢筋混凝土桥墩(设计心钢管混凝土轴压承载力是钢管和混凝土承载力单直径采用1.8m)与钢管混凝土叠合柱桥墩(设计直独相加之和的1.41

7、倍。外围普通混凝土的正截面径采用1.6m)的承载性能,分别建立2号墩2种不[1]承载力Nco为18933.89kN,则整个截面的轴压承同形式的计算模型,钢筋混凝土桥墩采用梁单元模载力为48214.83kN。拟,叠合柱截面采用组合截面模拟。上部结构桥面3.3承载力对比系的刚度(竖向、横向挠曲刚度和扭转刚度)和质量钢管混凝土由于钢管对内填微膨胀混凝土的套(平动质量和转动惯量)都集中在中间节点上,节点箍作用,使混凝土在有侧限条件下受压。由上述计和桥墩之间处理为主从关系;2号墩支座和主梁在算的直径1.8m普通钢筋混凝土柱与直径1.6m顺桥向、横桥向、竖向采

8、用主从约束,其余各支座按的叠合柱承载力数值可知,采用叠合柱时承载力明实际抗压与抗弯刚度,采用理想弹塑性连接单元模显提高。同