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基于MidasGTS的新建橋梁對(duì)既有橋梁安全影響分析

文檔作者：付士航文檔來(lái)源：重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年08月18日
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Roads and Bridges道路橋梁27●
基于Midas／GT S的新建橋梁
對(duì)既有橋梁安全影響分析
付士航
(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶400074)
中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)1007-6344(201 7)08-0027-01
摘要：新建橋梁與既有橋梁距離較近時(shí)，新建橋梁及其基礎(chǔ)必然會(huì)影響既有橋梁的安全。本文以某新建匝道橋與其臨近既有高
架橋?yàn)槔ㄟ^(guò)Midas GTS建立了三維有限元數(shù)值模型，探討了新建匝道橋的樁基開(kāi)挖與成橋階段對(duì)其臨近既有高架橋的影響。
可為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)借鑒及理論參考。
關(guān)鍵詞：新建匝道橋；既有高架橋；數(shù)值模型；影響
1引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)盼決速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也加快了步伐，在各級(jí)路網(wǎng)不斷
加密的過(guò)程中，出現(xiàn)了大量的新建線路與既有線路交叉、并行的情況。在既有橋梁的
附近新建橋梁，新建橋梁的施工與運(yùn)營(yíng)必然會(huì)對(duì)既有橋梁造成一定的影響 ，。郭震山
以某一主跨310m的獨(dú)塔斜拉橋擴(kuò)建工程為背景，研究新建橋梁受鄰近既有橋梁
影響的規(guī)律，研究結(jié)果表明既有橋梁對(duì)新建橋梁在施工和成橋運(yùn)營(yíng)階段可能會(huì)產(chǎn)生十
分顯著的影響。本文依托某靠近既有橋梁的新建橋梁施工項(xiàng)目，通過(guò)有限元分析軟件
Midas GTS建立了三維數(shù)值模型，分析新建橋梁的樁基開(kāi)挖與成橋階段對(duì)臨近既有橋
梁造成的影響，為以后類似工程提供了一定的理論參考。
2概況
新建的某匝道橋?yàn)橐幌盗卸樟汗探Y(jié)的箱梁橋，既有的某高架橋?yàn)榈瓤绾?jiǎn)支小
箱梁橋。兩橋在匝道橋的1#一5#橋墩附近進(jìn)行拼接，匝道橋的2#樁基與高架橋l#
樁基凈距最小為7．05m。匝道橋樁基的開(kāi)挖使鄰近土體產(chǎn)生水平位移可能導(dǎo)致既有
樁身產(chǎn)生附加彎矩、應(yīng)力和位移，故其樁基成孔施工可能影響鄰近的既有高架橋
橋墩樁基的穩(wěn)定性；此外，在運(yùn)營(yíng)階段，由于新建的匝道橋上部荷載通過(guò)樁基傳
至地基巖土后的擴(kuò)散作用，匝道橋樁基可能影響鄰近既有高架橋橋墩樁基的受力
安全。
3有限元數(shù)值模擬
3．1模型計(jì)算條件
(1)計(jì)算模型將巖土視為各向同性的理想彈性一塑性材料，并采用莫爾一庫(kù)
倫屈服準(zhǔn)則。其材料參數(shù)主要包括材料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角 等。
(2)計(jì)算采用的巖土力學(xué)參數(shù)參照勘察建議值及規(guī)范進(jìn)行選取，見(jiàn)表1。
表1材料物理力學(xué)參數(shù)表
(3)模型邊界條件：底邊為豎向位移約束，兩側(cè)為水平法向位移約束，模型
頂面為自由面。
(4)荷載：a、巖土與結(jié)構(gòu)自重通過(guò)有限元軟件根據(jù)輸入的巖土及結(jié)構(gòu)的材
料容重自動(dòng)計(jì)算。b、外部荷載，高架橋?yàn)楹?jiǎn)支體系，其支點(diǎn)反力容易得到；匝道
橋存在一系列的墩梁固結(jié)，其墩頂內(nèi)力通過(guò)MIDASCivil模型計(jì)算所得，模擬范圍
內(nèi)各個(gè)橋墩計(jì)算荷載見(jiàn)表2。
表2各個(gè)橋墩計(jì)算荷載
3．2有限元模型
通過(guò)分析結(jié)構(gòu)物之間的相互影響關(guān)系，選取匝道橋l#～3#墩對(duì)鄰近高架橋l#
墩影響范圍來(lái)建立有限元模型。模型包括巖土結(jié)構(gòu)、樁基墩柱結(jié)構(gòu)、橋墩墩頂荷
載等。巖土結(jié)構(gòu)、樁基墩柱結(jié)構(gòu)均以三維實(shí)體單元模擬，橋墩墩頂荷載通過(guò)將橋
墩墩頂單元面節(jié)點(diǎn)固結(jié)于位于截面質(zhì)心的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，再將所有荷載按實(shí)際添加
到該節(jié)點(diǎn)上的方式來(lái)模擬。網(wǎng)格劃分遵循受力關(guān)鍵部位網(wǎng)格密，非關(guān)鍵部分逐漸
稀疏的網(wǎng)格劃分原則進(jìn)行。模型進(jìn)行了初始狀態(tài)一樁基開(kāi)挖一成橋階段的工況模
擬。有限元模型如圖l所示：
圖1有限元模型
3．3計(jì)算結(jié)果
在有限元模擬匝道橋施工對(duì)高架橋影響的過(guò)程中，各施工階段高架橋1#橋墩
墩頂最大位移值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。
表3各階段高架橋l#橋墩墩頂位移值統(tǒng)計(jì)表
從上述表格數(shù)據(jù)可見(jiàn)，新建匝道橋引起既有高架橋橋墩墩頂最大水平位移為
0 12mm，最大豎向位移為1．Omm。
3．4計(jì)算結(jié)論
橋墩過(guò)大的墩頂水平位移將引起橋墩傾斜，影響橋墩穩(wěn)定性。匝道橋橋墩施
工和運(yùn)營(yíng)對(duì)高架橋橋墩墩頂產(chǎn)生的最大水平位移為0．12mm，相對(duì)較小。橋墩過(guò)大
的豎向位移將引起支座沉降，影響上部結(jié)構(gòu)受力。新建匝道橋橋墩施工和運(yùn)營(yíng)引
起既有高架橋橋墩墩頂最大豎向位移1．Omm，處于支座安裝高程偏差限值±5mm以
內(nèi)。又由于高架橋上部結(jié)構(gòu)為一系列簡(jiǎn)支梁，為靜定結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)受附加位移
影響較小，因此認(rèn)為新建匝道橋不會(huì)影響高架橋的安全。
4結(jié)論
由于樁基開(kāi)挖使附近圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重分布，附近基巖因卸載而隆起，造成了
臨近既有橋墩產(chǎn)生了一系列的位移，同樣在成橋施工過(guò)程中及運(yùn)營(yíng)階段，由于新
建的匝道橋上部荷載通過(guò)樁基傳至地基巖土后的擴(kuò)散作用，臨近既有橋墩也會(huì)受
到一定的影響。因此，在施工過(guò)程中，應(yīng)做好實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)，控制好J臨近既有橋
梁上部結(jié)構(gòu)及墩柱傾斜變形，監(jiān)測(cè)對(duì)比施工前、施工中及施工后一段時(shí)間內(nèi)橋墩
的位移變化情況。在條件允許的情況下，臨近既有橋墩的樁孔施工應(yīng)采用人工成
孔，并加強(qiáng)樁 L護(hù)壁，避免塌 L和過(guò)大的巖土體振動(dòng)給『臨近既有結(jié)構(gòu)帶來(lái)危險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)
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