整体式桥台桥梁结构受力分析

整体式桥台桥梁结构受力分析 东北林业大学 硕士学位论文 整体式桥台桥梁结构受力分析 姓名:周田 申请学位级别:硕士 专业:桥梁与隧道工程 指导教师:于天来 201006 摘要 摘要 随着我国经济建设的迅猛发展，公路交通量荷载等级不断增加，传统桥梁由于伸缩 装置的破坏导致桥梁损伤的现象十分普遍，严重影响了交通正常运行。整体式桥台桥梁 为无伸缩缝桥，取消了伸缩装置，实现了桥面连续，具有减少桥梁病害的发生，防震减 灾及施工进度快等优势。因此国内外学者对整体式桥台桥梁进行了大量的研究。 然而，整体式桥台桥梁在分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及设计方面还有许多目前尚未解决和完善的问 题，对寒区整体式桥台桥梁的研究尚处于空白阶段，因此，结合寒区特点，对整体式桥 台桥梁做进一步的研究是十分必要的，具有实际的应用价值。本文主要进行了以下研究 工作: 讨整体式桥台桥梁的构造措施，提出了可供整体式桥台桥梁工程设计的若干建议。 析，对整体桥台桥梁的计算模式进行了研究与探讨。 整体升温荷载作用下台后填土和桩侧土水平约束作用的合理计算方法，进而提出一种合 理的台后填土及桩侧土水平抗力的计算方法。 关键词整体式桥台桥梁;台后土压力;桩土相互作用;受力性能;有限元分析 东北林业人学硕士学位论文 ,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,瑃,,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,，,, ,,,,,, ,,,,, ,,,，,,,,, ,,,, ,,, ,,,, ,,,,,瑃, ,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,, , ,, ,,, ,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,，,,,, ,,,,, ,,, , ,, ,,, ,,,;,,, (, ( ,,无缝桥梁的必要性 为了适应桥梁伸缩变形的需要，传统做法是在桥梁上部结构两端桥头处设置伸缩 缝，在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶或钢材等组成的各种装置称为桥梁伸缩装置。尽管其 大部分的桥梁出现问题，直接影响到桥梁的服务质量。据美国,,年统计，全国约有 ,,,多座桥梁，其中有,,,多座桥梁不是结构上有缺陷就是功能已经失效，而约 一半以上的问题是出现在桥面伸缩装置上，而且受损坏的桥梁数目远比修复数目的增长 随着我国经济建设的迅猛发展，公路交通量急剧增大，车辆的行驶速度和车辆的轴 重不断增加，我国桥梁由于伸缩装置的破坏而遭受不同程度毁坏的现象也十分严重。根 据,,年的调查资料，北京公路管理处、天津市桥梁管理所等,个城市的桥梁管理部 门所管理的桥梁总数为,,座，调查了其中的,,,,记帕鹤苁,,,,,，其中伸 缩装置已被破坏的桥梁总数为,,,,急坏鞑榍帕鹤苁,,,,,。除北京之外的, 状进行了调查，桥梁伸缩装置完好的为,座，仅占调查数的,,【,。 可以说桥梁的伸缩缝装置破坏在国内外都是相当普遍的，因此一种旨在消除伸缩装 置的无缝桥梁的概念产生了，它把桥梁上部结构和桥台连在了一起，取消了令人讨厌并 且费用不菲的伸缩装置。由于无伸缩缝桥梁在桥面上彻底根除了伸缩缝，解决了由伸缩 缝引发的一系列问题，具有一定的优势，体现在:无伸缩缝桥梁实现了桥面连续、无接 缝，提高车辆行驶舒适度，减少桥梁病害的发生;可以提高承受各种灾害事件的能力， 特别在桥梁抗震设计中，由于整体式桥台的柔性基础和上部结构连成一体，地震发生 时，将不存在地震中梁桥的落梁情况，大大提高了桥梁的抗震能力;采用桩柱式墩台， 施工时无需围堰，桥台的翼墙和背墙能够同时浇筑，加快了桥梁的施工进度，减少了工 程量，降低成本。 这种无伸缩装置桥梁最早出现在美国三十年代公路建设中，现在，这种桥梁结构的 新形式在国外得到了飞速发展。 美国的俄亥俄州、南达科他州和俄勒冈州于,世纪,年代，最先在混凝土桥上进 行整体式桥台领域的探索。,世纪,年代中期，加利福尼亚州跟随其后，开始使用无 伸缩缝桥梁。随着,世纪,年代末期和,年代初期国际上高速公路建造兴旺时期的 到来，无伸缩缝桥梁的建造才真正开始了它的成长期。到,世纪,年代中期，美国田 纳西州和其它五个州已经将有整体式桥台的无伸缩缝桥梁作为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 结构使用,】。其中设 体式桥梁应用的成功，工程技术人员已经总结出了“最好的接缝就是无接缝’’这一崭新 的观念。日本对无伸缩缝桥梁研究始于,,年，此后日本道路协会等社团充分利用各 自的技术力量，开发、实施对已建桥梁的无缝化，以保持路面的连续。,,至,, 年，日本对已采用无伸缩缝的桥梁状况进行了普查，并于,,年编写出版了‘已建桥 用一种使用填料路桥接缝的整体式无伸缩缝桥梁结构。对于采用使用填料路桥接缝的整 体式桥台桥梁，英国认为公路上,,或铁路上,,的变形是容许的，因此在英国 澳大利亚、伊拉克、新西兰、法国、瑞士等其他国家和地区也越来越多地采用这种结 构。 我国学者对无缝桥梁的研究起步较晚，于上世纪末首次开始了无缝桥梁的实践。 ,,年一座横跨湖南省益阳,常德高速公路的分离式立交桥设置成小边跨的无伸缩缝桥 ,,谇帕旱囊徊,东 侧,捎昧苏,迨角排,,,ㄓ,,,,,碌墓愣,?逶妒蟹鸶谙厥〉,,线的四九 桥，也是一座按无缝桥理论设计的整体式桥梁，该桥跨径组合为,(,,,, 为汽车(,级,,,,,,月建成通车的福建省永春县上坂大桥是我国目前修建桥长最 长的无伸缩缝桥梁，全桥分为,纾,,,，全长,,,,,琶婵,(,，是一座整体 虽然，国内关于整体式桥梁的研究开始于,年前，但由于设计理论、计算分析方 法、构造措施尚不成熟，暂时出现停止。随着美国等国家关于整体式桥梁研究的深入， 整体式桥梁的设计理论、计算分析方法、构造措施的日臻完善以及施工技术的进步，国 内近几年来对整体式桥梁又有了重新认识，在云南、内蒙、辽宁等地重新掀起对整体式 桥梁桥的研究热潮。 整体式桥台无缝桥梁与有伸缩缝桥梁的最主要区别就在于桥台与主梁浇筑成整体。 这使得在温度荷载等作用下，上部结构、桥台、桩基础、台后填土及桩侧地基土联合作 用，共同吸收结构变形，造成整个结构的受力情况非常复杂。目前，对于考虑了台后填 土及桩侧土与结构共同承受荷载作用的整体式桥台桥梁计算模型，主要有:,,,和 ,,,,,,,珺,,,,, 构的结点构造进行特别设计时，才有必要采用等代桩长的二维框架结构计算模型，在此 模型中，不考虑温度变化和土压力大小之间的关系，偏保守的假定台后作用被动土压 力;,,,,”】提出的采用等代桩长的二维框架计算模型，,,,的计算模型假定台后土 压力沿桥台深度仍呈三角形分布，而且忽略桥台桩基础的影响;,,,等人提出的采用 土的作用，结构的分析非常复杂，未起到简化整体式桥台桥梁计算模型的目的:湖南大 学邵旭东教授【,】等提出了二维弹簧,框架计算模型，在计算模型中，邵旭东教授等人按 映土的非线性作用。 ,,(,,无缝桥梁台后被动土压力已有的计算方法 目前对于无伸缩缝桥梁台后土压力的计算方法，尚无统一定论。大部分学者认为桥 台所受土压力的大小和分布与桥台的变形及变形的大小有关。研究表明，当整体式桥台 背离台后填土产生微小位移时，作用在整体式桥台的土压力为主动土压力;当桥台面向 台后填土移动时，台后土压力系数因位移的大小在静止土压力系数和被动土压力系数范 围内取值。许多学者在试验和理论分析的基础上，提出了被动土压力系数的修正系数、 曲线或计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，包括:,,,虲,,男拚,凳,,,【,,珺,,和,,建议对于大多 数的整体式桥台桥梁其台后被动土压力系数可以采用,,的朗金被动土压力系数，这与 大岩土协会给出的,,,,,摺,?，美国麻萨诸塞州公路部门给出的被动土压力系数 的 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 ,,计算公式,錶，采用,,,,摺,,,,,吆蚆,的计算 公式计算台后的土压力时必须通过反复迭代计算，计算比较复杂;英国伦敦大学的 ,,,等人通过试验给出的被动土压力系数的计算公式【,】，认为在台后填土不变的情 况下，被动土压力系数仅与台顶位移和桥台高度有关，然而，随着上部结构的伸缩，桥 台不同深度的各点位移并不相同，因此它们的被动土压力系数也不相同，,,,等人的 计算公式并不能反映出不同桥台深度各点处被动土压力系数的不同;美国布雷德利大学 ,,,,贐,,,热说幕,?希,频嫉谋欢,裂沽ο凳,募扑愎,健,,,,，假 定台后土压力沿桥台深度仍呈三角形分布，忽略桥台桩基础的影响，实际上台后土压力 沿桥台深度呈非线性分布，随着桥台高度的增加，这种非线性趋势逐渐增强，且不能忽 略桥台桩基础对台后土压力的影响;湖南大学邵旭东等人分析温度上升时的台后土抗 式;,,,,,】等人和彭大文教授等人则认为可以用一系列离散的温克尔土弹簧来模拟台 后填土对结构的作用，弹簧的刚度可取用上述曲线,,，采用离散的温克尔土弹簧来模拟 台后填土对结构的作用，无法反映出台后填土对结构的非线性作用。 由于整体式桥台桥梁的上部结构和下部结构连成整体，因此其桥台的桩基础除受竖 向荷载的作用外还受到横向荷载的作用，此外，桩侧地基土也会对桩基础产生侧向阻力 的作用。而对于桩侧地基土对桩基础产生的侧向阻力，许多学者作了大量研究，提出了 ,,存在的问题及主要研究内容 尽管已有许多学者对整体式桥台桥梁的计算理论做出了大量的研究，但目前还有尚 未解决和完善的问题: 收缩徐变、车辆制动等反复荷载作用下，以及土的不确定性，桥台后土压力问题尚未有 统一的计算方法; 鉴于上述整体式桥台桥梁尚未解决的一系列问题，本文结合寒区特点，以富裕工业 园区跨线桥为工程背景，开展了整体式桥台桥梁的简化计算方法及受力性能的研究，主 要研究内容如下: 讨整体式桥台桥梁的构造措施，提出了可供整体式桥台桥梁工程设计的若干建议。 下台后填土和桩侧土水平抗力系数的不同计算方法，提出一种合理的台后填土及桩侧土 水平抗力系数的计算方法。 土压力和温度变化的作用。在模型中，桥台桩基础和桩侧土的作用用等代长度的桩基础 代替。在,,,的模型中，不考虑温度变化和土压力大小之间的关系，偏保守的假定 ,,,的二维框架计算模型 ,,(,, ,,,,”】则认为，在对主梁进行受力分析时也需要采用二维的框架计算模型。在 对桥台与主梁的连接、桥墩与主梁的连接等进行模拟，通过调整连接单元的刚度可以反 映结点的连接情况。 代长度的桩基础来考虑桥台桩基础和桩侧土的作用。此外，在二维的框架计算模型中还 应当考虑台后土压力与桥台位移之间的关系。对于一座,缯,迨角盘ㄇ帕海珼,,,提 出了如图,,所示的二维框架计算模型。 假定台后土压力沿桥台深度仍呈三角形分布，忽略桥台桩基础的影响，通过理论推导给 出了被动土压力系数的计算公式，在本章下节将详细叙述此公式。 ,,,等人和,,,的采用等代桩长的二维框架计算模型通过等代桩长来考虑桩 等人的采用等代桩长的二维框架计算模型，不考虑温度变化和土压力大小之间的关系， 偏保守的假定台后作用被动土压力:,,,,,的采用等代桩长的二维框架计算模型假定 台后土压力沿桥台深度仍呈三角形分布，而且忽略桥台桩基础的影响。 ,,(,,,,蓗框架计算模型 簧,框架计算模型。在计算模型中，作了如下假定:?降温时，梁体收缩，桥台背离填 土产生微小位移，此时作用在桥台的土压力为主动土压力，按朗金土压力理论计算:台 力按“,,,?扑悖,ㄏ伦,,胪林,浔,值,越哟ィ,舶础癿，’法计算;?温度变化时， 梁体伸缩，搭板随梁体位移，搭板周围土体及桥面铺装对搭板有约束作用，假设板下有 ,籌 尸 , 差 , 要连 , , 蘑 图,,邵旭东教授等人的二维弹簧,框架计算模型 的桩土共同作用，同样无法反映土的非线性作用。 算模型进行分析。在模型中,,,等人同样采用等代长度的桩基础来考虑桥台桩基础和 桩侧土的作用，但用一系列离散的温克尔土弹簧来模拟台后土对整个结构的作用。等代 桩长的计算与,,,等人的二维框架计算模型一致。 ,,,的采用等代桩长的三维弹簧,框架计算模型，在三维弹簧,框架模型中采用非 线性土弹簧来模拟台后土的作用，结构的分析非常复杂，未起到简化整体式桥台桥梁计 算模型的目的。 关于整体式桥台桥梁台后被动土压力的计算方法，已有许多学者作了大量的研究工 式,,,校,洹?欠直鹞>仓购捅欢,裂沽ο凳,籥为上部结构材料的线膨胀 实际上，台后土压力沿桥台深度呈非线性分布，随着桥台高度的增加，这种非线性 式的假定不能反映普遍情况。 ,,,的台后土压力简化计算公式 英国伦敦大学的,,,等人通过对一个基底铰接、采用刚性扩大基础的整体式桥 梁桥台的模型试验给出了被动土压力系数的计算公式【,】: 厂 式,(,中，,、,分别为静止和被动土压力系数，,Lㄏ钗灰疲琀为桥台高 ,,,等人认为，在台后填土不变的情况下，被动土压力系数仅与台顶位移和桥台 高度有关口,。然而，随着上部结构的伸缩，桥台不同深度的各点位移并不相同，因此它 们的被动土压力系数也不相同，,,,等人的计算公式并不能反映出不同桥台深度各点 处被动土压力系数的不同。 ,,,,热刷韬团泶笪慕淌诘热恕,,基于温克尔弹性地基梁的假定，认为可以用一系 列离散的温克尔土弹簧来模拟台后填土和桩侧土对结构的作用，进而可以计算出台后的 土压力。一般而言，台后土弹簧的刚度可用以下曲线确定。 加拿大岩土协会在基础工程手册中针对台后填土为密实砂性土和松散砂性土，分别 给出了被动土压力系数与桥台位移之间的关系曲线，如图,,所示，其中?为桥台的位 ,,,,曲线 美国国家公路合作研究计划在,,,等人的试验基础上给出了台后填土分别为密实 砂性土、中等密实砂性土和松散砂性土时被动土压力系数与桥台位移之间的关系曲线如 图,,所示，其中?为桥台的位移，,G盘ǖ母叨,,,。 ,,,计算公式 美国麻萨诸塞州公路部门在麻萨诸塞州立大学足尺桥台试验的基础上给出了台后填 土为密实砂性土时，被动土压力系数与桥台位移之间的关系曲线如图,,所示，被动土 湖南大学土木建筑工程学院的邵旭东教授等，对整体式桥台、搭板、土三者的共同 ,,,虵,,,基于太沙基法的基础上，于,,年提出砂性土的水平抗力系数可 后土抗力，台后填土对结构的作用力随桥台位移的增大而线性增大，无法反映台后填土 对结构的非线性作用。 ,,整体式桥台桥梁桩土相互作用已有的简化计算方法 该方法假定作用在桩上的地基反力,胱,牟嘞蛭灰瞥烧,龋琍,,,，,称为 基反力系数可以计算相应侧向土弹簧的刚度，太沙基分别按粘性土和砂性土提出了锄值 ,,(,癿”法计算桩侧土的水平抗力系数 “,ā笔俏夜,,非帕荷杓撇棵懦,玫囊恢肿,,擦ι杓品椒ǎ,,褂玫耐敛愕膍 值有实测数据为根据，其定义为 式,—,中，,是土体对桩的阻力，,M敛愕纳疃龋,胛W,赯处的侧向位移。 ,(, ,,?,, 式,,,校琺为各土层实测数据，,M敛愕纳疃龋琤为结构计算宽度。 ,,,,和,, ,,,,膒,曲线法 ,珁曲线如图,,,尽,引。 , 图,,,,,,ㄒ榈恼惩羛,曲线 ,,,膒,曲线法 ,珁曲线，砂性土中每单位长度的土阻力可按式,—,、式,—,分别计算，然后取 , ,, ,,,弧, 儿,,,,,欢,,, ,(, ,,七。,,,,,,我,,,,,,,踭, 式,(,、式,(,中各符号的物理意义见郑刚《高等基础工程学》【,】。 ,,,蟪稹,,(,猂,,提出的砂土的,珁曲线【,】。 ,,,ㄒ榈纳靶酝羛,曲线 本章介绍了整体式桥台桥梁已有的简化计算模型、台后土压力及桩土相互作用的计 算理论，并通过分析比较，说明了各种理论其适用条件和不足之处，为后文模型的建立 和分析提供了理论支持。 ,,富裕工业园区跨线桥概述 成，梁高,,,,ぶ瓶招陌辶翰捎肅,混凝土，预应力筋采用矿,(,,低松弛钢绞 线，标准强度‘,,,,,,捎寐,愎,冶曜嫉腛,,—,,,,(,锚固体系，墩 土。全桥不设支座，不设伸缩缝。本桥采用简支转连续的施工方法，墩顶湿浇段宽 下部结构中，桥台,,与主梁刚接。墩台盖梁采用钢筋混凝土矩形梁。桥台盖梁 采用单排钻孔灌注桩，桩径为,,,,虏抗乖炀,捎肅,混凝土。台后填土为水撼砂 (,, ,,一,,, , , 伊 (。(岛口,粒,,籰 缸 煳 。?。 ,。, ”黔 ”影 厂( 意 目 丝坐。 , , 葛 器 一 二 ? ,,矫娌贾猛,单位:,, ,,仍ぶ浦髁,预留梁端负弯矩预应力管道,,被炷,链锏缴杓魄慷鹊,,, 后，张拉正弯矩区预应力钢束，压浆、清孔并填塞空箱，临时支座位置处的主梁截面底 缘设置预埋钢板。 盖梁的预留连接钢筋，设置接头板束波纹管并穿束，将中横梁和墩顶湿浇段一起浇注， 此时不拆除桥墩处的临时支座，将垫石上预埋钢板与主梁截面底缘的预埋钢板进行有效 焊接，然后对称张拉墩顶顶板负弯矩预应力钢束，张拉顺序可按自两边墩对称向中墩的 顺序进行。 凝土。 留连接钢筋，在日温较低时浇筑混凝土。耳背墙与端横梁浇筑成一体，先浇筑耳墙悬臂 部分，然后逐次浇至端横梁，浇注桥台处混凝土底座及桥面铺装混凝土，安装全桥护 栏。此时不拆除桥台处的临时支座，将垫石上预埋钢板与主梁截面底缘的预埋钢板进行 有效焊接。 富裕工业园区跨线桥的在设计中考虑的荷载因素主要有永久作用包括结构重力、基 础沉降、土侧压力、预加力和混凝土的收缩及徐变作用，以及可变作用包括汽车荷载、 温度作用及汽车制动力。 ,?，结构整体降温,?。 梯度温度效应可采用《公路桥涵设计通用规范》,, 度梯度曲线计算，桥面铺装为,,,炷,疗套安悖,琶姘灞砻嫖露萒,,?， ,,(,妫换凰愕街髁憾ピ档奈露戎滴,(,?;负温差为正温差的(,,倍。 ,,,岛稍刈饔冒,ǎ撼档篮稍睾推,抵贫,,稍于,档篮稍夭捎霉,稩级，车 道荷载横向分布系数的取用如下:跨中截面的横向分布系数按照铰接板法进行计算，跨 中截面刚度按照等代刚度法求解，支点截面横向分布系数按照两车道汽车荷载平均分 配，在,,跨径截面到支点截面，横向分布系数按照直线进行内插。汽车荷载的冲击系 数,,,按《公路桥涵设计通用规范》,, 汽车制动力按规范规定:一个车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按照《公路桥 涵设计通用规范》,,,,,,,,,康,(,,条规定计算。 温荷载作用下，台后土压力按朗金土压力理论的主动土压力计算，土压力按《公路桥涵 地基与基础设计规范》,,,,,,,【,】计算;整体升温荷载作用下，台后土压力的 计算方法将在第四章中详细介绍。 由于整体式桥台桥梁的上部结构和下部结构连成整体，整体式桥台及桩基础是整体 式桥台桥梁的主要特点，本节结合富裕工业园区跨线桥，对整体式桥台桥梁在设计中的 富裕工业园区跨线桥的整体式桥台有如下设计要点: 易超出限值，使得台身出现裂缝，故在桥台盖梁下,范围内，台柱处设置承托，减小 刚度突变，以防止混凝土开裂。 ,,ㄖ,硗獍,锄厚高密度泡沫塑料及镀锌铁丝网;台帽背面同样处理后，再施 工台后填土。这样处理既能减小台后填土的土压力作用，同时也有效地避免主梁收缩时 台后填土沉陷进入桥台和填土间的空隙中，在很大程度上防止水分侵蚀桥台。富裕工业 园区跨线桥桥台的构造示意图见图,,。 , 口 口 砧,(( 昌 一 窝 ,巨墙与鞋嘣 图,,桥台构造示意图,ノ唬篶, 富裕工业园区跨线桥的桥墩的设计要点: 平位移、水平力和弯扭作用的能力，因此整体式桥梁的桥墩刚度不能太大，本桥桥墩为 ，, ，, ,，(， , , ,。 ( 哮李 哮李 口 口 图,,桥墩构造示意图,ノ唬篶, 富裕工业园区跨线桥的桥台,,桩基础的有如下设计要点: ,,A顺械，喜拷峁沟谋湫危,厩徘盘ǖ淖,,〔捎玫ヅ,根钻孔桩基础，桥墩 的桩基础采用单排,,昕鬃,,。,,本毒,,(,。 ,，桩侧,,,穹段,谟蒙巴粱惶睿,奖叨兆,,孛嬉韵,,,,鄉,,厚范围内 用砂土换填。由于中墩桩基础在外部荷载作用下的水平位移较小，故中墩桩侧土不用换 富裕工业园区跨线桥的桥台,,与主梁相交结点，均采用固结方式。其主要特点 是通过局部构造的整体式连接，将上部结构和台帽,彰,完全固结在一起，这样，在 温度等荷载作用下，上部结构和墩台、桩基一起变形。桥墩与主梁结点的构造形式如图 图,,台粱结点构造图 图,,墩梁结点构造图 为了消化上部结构因温度变化等荷载而产生的变形，富裕工业园区跨线桥在桥台两 酯胶泥填塞。搭板底铺设土工布，并在其上涂改性沥青。与路基相连处钢筋混凝土搭板 支撑在钢筋混凝土枕梁上。搭板在枕梁位置设两道宽,,、深,,的变形缝，来吸收 上部结构传递过来的由温度变化等引起的变形，变形缝的填充材料为橡胶改性沥青填充 材料，该材料为《弹塑体改性沥青桥梁伸缩缝在寒冷地区应用技术研究》课题研究的专 块。另外，台后填土施工时，在桥台台帽底设置两道横向排水沟，有效地解决了桥台附 近的排水问题。横向排水盲沟和搭板构造如图,,所示。 ????????一 填充式伸缩缝混合科—— 一, ( 笛 , 图,,排水盲沟及台后搭板示意图 为了减小台后填料的沉降同时保证排水顺畅，富裕工业园区跨线桥的台后填料采用 透水性较好的水撼砂砾，这种回填土容易压实并易于排干来自桥台的水。在施工台后填 土时，应逐层夯实，压实度应达到,,以上，为减少桥台台后土水平压力，不得采用大 型机械推土和压实，台后填土要在桥台达到足够强度时才能回填，桥台背墙后填土要求 两侧桥台同步分层填充，以保证结构的对称受力。 ,,本章小结 本章对富裕工业园区跨线桥的概况及该桥的施工工序做了简要介绍，重点论述了该 桥的荷载因素和设计特点，并提出了可供整体式桥台桥梁工程设计的若干建议: ，，，奔疤ㄖ，硗獍，，厚高密度泡沫塑料及镀锌铁丝网，能减小台后填土的土 压力作用，避免主梁收缩时台后填土沉陷进入桥台和填土间的空隙中，防止水分侵蚀桥 本章以富裕工业园区跨线桥为工程背景，结合第三章所述的荷载因素，利用现有国 下，通过对采用等代桩长的计算模型和实际桩长的计算模型的内力分布规律进行对比分 析，指出这两种模型的适用性;同时，考虑台后填土及和桩侧土水平抗力系数的不同计 算方法，以台后土水平弹簧的形式，分别建立有限元分析模型，在整体升温荷载作用 下，通过对台后土压力计算结果的比较分析，提出一种合理的台后填土及桩侧土水平抗 力系数的计算方法。 ,,有限元模型的建立 用，建立二维弹簧,框架计算模型,挛募虺瓶蚣芗扑隳,,。上部结构取横桥向一片主 梁宽度建立模型，全桥共,瓤纾,靠缁,殖, 元，单元编号为,,,,。 桥台及其桩基础的单元离散，按照等刚度、等截面原则换算为一片主梁所对应的等 效台、桩截面，桥台及桩基础长度按设计长度取用。以桩基底面为原点，考虑桥台柱承 托，建立桥台及桩基础单元;考虑台后填土与主梁、桥台共同作用，故将一部分桥台背 墙算入到桥台盖梁单元，使桥台盖梁单元顶面与主梁现浇段单元截面中心线刚性连接。 全桥共,个桥台单元，以左桥台为例，桥台单元编号为,,—,,，共,个单元，其 中,,为桥台与主梁的连接单元，桥台连接单元顶面与主梁现浇段单元的截面中心线 刚性连接;‘ 桥墩及其桩基础的单元离散原则与桥台的一致，但桥墩盖梁单元顶面与主梁现浇段 ,个单元，,徘哦盏ピ1嗪盼,,,,,,,,,龅ピ#,撑桥墩单元编号为 ,,,,,，共,个单元，其中,,、,,、,,单元为桥墩与主梁的连接单元，桥 墩连接单元顶面与主梁现浇段单元底面刚性连接。框架计算模型示意图如图,,所示。 主梁坐标系,,。 ,韶拍二系 模型中上部结构坐标系情况及内力、变形的方向规定做如卜(说明: 结构变形方向的规定:平动位移与坐标系坐标轴方向一致时为正，转动位移视线方 向与相应的坐标轴方向一致，转动位移为顺时针时为正。 结构内力方向的规定:轴力方向以单元受拉为正，单元受压为负;剪力方向以绕单 元体逆时针旋转为正，顺时针旋转为负;弯矩方向以单元截面底缘受拉为正，以截面底 缘受压为负;单元截面应力方向以拉应力为正，压应力为负。 采用等代桩长的二维弹簧,框架计算模型,挛募虺莆2捎玫却,,さ目蚣苣,, 的单元离散原则及桥梁上部结构模型的建立和下部结构与主梁的连接形式，均与框架计 算模型一致，不同之处只是在于桥台,,桩基础的模拟长度，本模型桥台,,桩基 ‘ , 『 , , , ‘部结构坐标系 结合第二章所述的台后填土水平抗力系数的计算理论，在每个桥台单元处建立水平 弹簧来模拟台后填土的水平抗力作用，由于富裕工业园区跨线桥台后填土采用水撼砂 砾，其内摩擦角为,,,恋娜葜匚,,,,,,，在均匀升温时，土的抗力作用系数按以 ,,,娇沽ο凳,砂碆,,法考虑，,,,虵,,,于,,年砂性土的水平抗 力系数可按,(,式计算，以左侧桥台盖梁单元为例，其单元后水平弹簧的刚度值 为: ,,,，,,为台柱的抗弯刚度，,,Lê筇钔恋牟此杀龋,靶酝量扇,(,。则左侧桥台 盖梁单元的水平弹簧刚度值为,,(,,,痬。 ,,,娇沽ο凳,砂础,甿”法考虑，水平抗力系数沿深度线性变化，台后水撼砂砾 的,,,,斟,,，台后土的水平抗力系数可按,(,式计算。则左侧桥台盖梁单元 ,,,娇沽ο凳,碦,,法考虑，每单位长度的土阻力可按式,(,、,(,分别 计算，然后取最小值确定。左侧桥台盖梁单元水平弹簧刚度,甕曲线如图,,所示，左 桥台柱与桩基础交界处水平弹簧刚度,獃曲线 姗啪 薹墓 薹咖 耄 舢湖 姗咖 喜耋 图,,台柱与桩基础交界处弹簧的,畒曲线 桩土之间的相互作用主要表现为桩侧土阻力和桩的侧向位移之间的关系，因此，桩 侧土对桩基础的约束作用主要表现为土的水平抗力作用，结合第二章所述的桩侧土水平 抗力系数的计算理论，在每个桥台桩基础单元处建立水平弹簧来模拟桩侧土的水平抗力 作用。富裕工业园区跨线桥的桩侧的地质条件为黏土、粉质黏土、粗砂，根据土层的实 际情况，本文中桩侧土水平抗力系数按以下两种方法考虑: ,,悸堑阶,嗟鼗,恋亩嘌,裕,椅夜,中泄,非帕荷杓乒娣恫捎谩癿”法来模拟 算，砂性土按,,,砺酃菇?,曲线。 由于本文研究的难点是在温度荷载等水平荷载作用下，台后填土及桩侧土对整体式 桥台桥梁的影响，而且，富裕工业园区跨线桥的桩基础较长，地质状况良好，桩基础基 本不发生沉降，故对于桩端的边界条件，采用铰结。 对于弹簧约束作用的实现，根据土层的实际参数，选取相应的,益线计算方法， 利用,,, 平荷载一位移蓝线。为节省篇幅，本文仅给出结构整体升温荷载作用下，左侧桥台的模 拟弹簧情况，见图,,。 柱后土 ,,框架模型与采用等代桩长的框架模型的对比分析 在相同的台后填土及桩侧土水平抗力系数计算方法的前提下，通过对恒载及整体升 温荷载作用下，采用等代桩长的计算模型和实际桩长的计算模型的内力分布规律进行对 比分析，指出这两种模型的适用性。 恒载作用下，两种模型上部结构弯矩图如图,,所示。 图,,恒载作用下上部结构主梁弯矩图 为,,,,,，两种模型的最大负弯矩相差,,,，最大正弯矩相差,,,，上部结构的 计算结果基本一致，由此可见，在恒载作用下这两种模型同样适用于计算上部结构。 恒载作用下，下部结构主要产生轴力，但由于采用等代桩长框架模型的桩基础长度 要小于实际桩基础长度，故在恒载作用下，采用等代桩长框架模型不适合于计算桩基 础。 , 、珊吼 ?一采用等代桩长框架模型?(, 屯 七 由图,,及图,,可以看出，在整体升温,。工况下，框架模型和采用等代桩长的 框架模型的上部结构竖向变形、水平变形的规律及大小基本一致。框架模型的竖向变形 最大值为,,,,，发生在距左侧梁端,,,处，采用等代桩长的框架模型竖向变形最 ,,,ィ豢蚣苣,驮谧蟛嗔憾说淖畲笏,奖湫沃滴,(,,，采用等代桩长的框架模型在 两种模型对于计算上部结构在均匀升温荷载工况下的受力情况时，同样适用。 , , 搽 , 掣 咱, ?一西 形的规律在,,,,的范围内,辞盘ū城郊扒盘ǜ橇,基本一致;框架模型桥台变形 均是适用的。 构，计算结果要大于框架模型。对于桥台地面线以下桩基础部分，采用等代桩长理论计 算时，并不能真实的反映出桩基础的变形情况。 综上所述，在恒载和整体升温,?工况下，对于上部结构、桥台背墙及桥台盖梁的 计算，框架模型和采用等代桩长的框架模型是同样适用的，但对于桥台柱的计算，采用 等代桩长框架模型的计算结果要大于框架模型，而且采用等代桩长框架模型不能真实的 反应出桥台桩基础的变形及受力情况，故不适合计算桥台桩基础。 ,,台后填土及桩侧土水平抗力系数不同计算方法的对比分析 温度荷载是影响整体式桥台桥梁发生水平变位的主要因素。为节省篇幅，根据上文 和桩侧土水平抗力系数不同计算方法，以台后土水平弹簧的形式，分别建立有限元分析 模型，在整体升温荷载作用下，通过对台后土压力计算结果的比较分析，提出一种合理 时曲线 析，台后土压力计算结果按均分至一片梁分析，分布情况见表,,。同时，为对比分 析，给出了按照经典的朗金土压力理论计算的被动土压力和静止土压力的合力情况。 由表,,数据可以看出，模型三计算的台帽处土压力合力值大于按朗金土压力理论 计算的被动土压力合力值，其值显然是不合理的，模型四计算的台柱处土压力合力值要 现取另外三种方法的均值作为真值，计算其各自的相对误差，结果见表,。 表,,,迳,,,,况作用下台后土压力合力值相对误差 十分接近，且计算值基本介于被动土压力和静止土压力之间，模型二的计算结果偏小; 对于桥台台柱处台后土压力的计算，模型一和模型二的计算结果十分接近，模型五的计 算结果偏大。 不大。显然，,,,虲,,提出的大多数整体式桥台桥梁的被动土压力系数可以按经 典的朗金土压力理论计算的被动土压力系数乘以,,进行修正是偏于安全的。 通过本文以上的分析，可得出以下关于整体升温,,引起的整体式桥台台后土压力 ,,扑闵,乱,鸬恼,迨角盘ㄌê笸裂沽κ保,盘ㄌ,奔疤ㄖ,乃,酵量沽Π磎 法计算水平土抗力系数，计算结果偏大; ,,扑闵,乱,鸬恼,迨角盘ㄌê笸裂沽κ保,捎肕,,,和,,,ㄒ榈膒,曲 线来考虑土对台柱及桩基础的水平约束作用是适合的; 综上所述，本文建议在台后填土为砂性土时，计算桥台台帽处的台后土压力，按照 ,,,?扑愕乃,酵量沽ο凳,,扑闱盘ㄌㄖ,Φ奶ê笸裂沽Γ,捎肦,,建议的, 约束作用，则采用,,,,蚏,,建议的,甕曲线来考虑。 本文阐述了富裕工业园区跨线桥有限元模型的建立，并在恒载及整体升温荷载作用 下，对采用等代桩长的计算模型和实际桩长的计算模型的内力分布规律进行对比分析; 同时，考虑台后填土及和桩侧土水平抗力系数的不同计算方法，以水平弹簧来模拟台后 填土及桩侧土的水平抗力作用，分别建立有限元模型，在整体升温荷载作用下，对不同 模型台后土压力的计算结果进行比较分析，得出如下结论: 框架模型和采用等代桩长的框架模型是同样适用的，但对于桥台柱的计算，采用等代桩 长框架模型的计算结果要大于框架模型，而且采用等代桩长框架模型不能真实的反应出 桥台桩基础的变形及受力情况，故不适合计算桥台桩基础。 ,,ê筇钔廖I靶酝粒,扑闱盘ㄌ,贝Φ奶ê笸裂沽κ保,凑誃,,法计算土的 土的水平抗力系数;对于多种土质的桩侧地基土而言，桩侧地基土与桩基础之间的相互 作用问题，采用,,,,蚏,,建议的,甕曲线共同来考虑。 针对上文提出的考虑了台后填土及桩土相互作用复杂性的整体式桥台桥梁计算模 型，结合寒区的特点，本章主要对整体式桥台桥梁在温度荷载、混凝土收缩徐变作用及 汽车制动等荷载作用下结构的内力分布规律进行分析，为整体式桥台桥梁的推广应用提 供设计计算的依据。 ,,恒载作用下结构的受力分析 恒载作用考虑主梁自重、桥面混凝土铺装层及护栏混凝土底座。在模型中，恒载作 用分为以下几个阶段: 阶段四的恒载作用为除桥台处现浇段以外的全桥混凝土铺装层和混凝土底座; 阶段五的恒载作用为桥台与主梁现浇段结点的自重以及桥台现浇段处的混凝土桥面 铺装和混凝土底座。 下文分别对这些阶段恒载作用下结构的受力情况进行分析。 缘应力如图,,所示。 单元号 图,,阶段一荷载作用下主梁竖向变形图 由图,,和图,,可以看出，上部结构最大竖向变形发生在各跨主梁跨中截面，方 为,,,,，截面上缘压应力最大值为,,,,，这是底板正弯矩区预应力筋与主梁自 重共同作用下的结果，此时上部结构各跨主梁处于简支状态，其水平方向变形可以自由 释放，施加的预应力不会对结构产生二次效应。 八八倾 ,:, , 图,,阶段二荷载作用下主梁竖向变形图 由图,,、图,,可以看出，各跨主梁除桥墩与主梁现浇段结点处，其余主梁截面 均产生方向向上的竖向变形，最大值发生在两中跨主梁跨中截面，为,,,,;在各跨 桥墩与主梁现浇段结点处均发生方向向下的竖向变形，最大值为(,,,,;各跨主梁产 结构仍处在简支状态，在这种支撑条件下，桥墩与主梁现浇段混凝土自重引起了上述结 构的变形和受力情况。 一 单元号 图,,阶段三荷载作用下主梁竖向变形图 图,,阶段三荷载作用下主梁水平变形图 ?一截面项缘应力,,,,,,, 图,,阶段三荷载作用下主梁截面上下缘应力图 由图,,可以看出，各跨主梁除了桥墩与主梁现浇段结点处均产生方向向上的竖向 拉了顶板负弯矩区预应力筋，而两侧桥台支点附近的主梁并未设置顶板负弯矩区预应力 筋，故使得两中跨主梁跨中截面的变形较大;在各跨桥墩与主梁现浇段结点处均发生方 截面中性轴以上，导致截面底缘受拉，故产生向下的变形。 台尚未与主梁固结，故由桥墩与主梁现浇段结点处张拉的项板预应力筋产生的水平变 形，在桥墩与主梁结点处未得到释放，而是传递到两边跨主梁梁端释放，故产生上述变 形规律。 由图,,可以看出，两中跨主梁截面的应力值保持一致，但两边跨的应力值由桥墩 向桥台方向是逐渐减小的。 删 ,籜 吗门屹 ,,畑,,,:,,、,, 单元号 鼙菇 主梁跨中截面，为(,,,,,，表明在阶段五的恒载作用下，结构产生的变形值很小， 可以忽略不计。 由图,,,梢钥闯觯,诹讲嗲盘ㄖУ愦Σ,,畲蟾和渚兀,#,(,,，在两侧边墩 支点处弯矩值发生突变，且突变值不等，系于两侧边墩的刚度不同，使得桥墩分担的弯 矩不同所致。 ,辉,业同区跨线桥受力分析 下部结构的恒载作用主要考虑自重、主梁自重传递的竖向荷载、桥面二期荷载、桥 墩与主梁现浇段结点的自重以及桥台与主梁现浇段结点的自重。下部结构恒载作用分为 以下几个阶段进行分析: 阶段一为下部结构自重及主梁自重荷载; 阶段二为桥墩与主梁现浇段结点自重荷载; 阶段三为除桥台结点处以外的全桥二期荷载荷载; 阶段四桥台与主梁现浇段结点的自重及台、梁结点处的桥面二期荷载。 为了节省篇幅，本文仅以左侧鲥桥台、左侧,疟叨蘸,撑中墩为例，对在这些阶段 荷载作用下，下部结构的受力情况进行分析。 时支座对称安装，故在阶段一荷载作用下，上部结构自重仅对下部结构产生轴力作用， 单跨主梁的自重为,,,,,，桥台分担,,,,,，桥墩分担,,,,,。在下部结构 自重荷载作用下， 图,,,锥我缓稍刈饔孟耾,,桥台轴力图 图,,,锥我缓稍刈饔孟耹撑桥墩轴力图 由图,,,?,(,可以看出，桥台及桥墩在其自身自重荷载作用下只产生轴力， 且轴力在桥台,,盖梁以下,范围内呈非线性变化，系于在桥台,,盖梁以下 ,范围内，台,,柱身设置承托，导致此范围内的柱单元截面尺寸不相同，使得桥 台,,柱的内力按非线性分布。 递竖向荷载，本文在此不予分析。以,,,哦占,撑桥墩为例，,,偾哦盏乃,奖湫稳缤,( ,所示，弯矩图如图,,,,荆,撑墩的水平变形如图,,,,荆,渚赝既缤,(,所 ,,,,,(, ,,, ,,, ,,, ,,, 一,, 图,,,锥稳,稍刈饔孟耹撑墩弯矩图 , 一,(—,—,尹 ——、, ,,, 图,,,锥稳,稍刈饔孟,撑墩弯矩图 图,,,锥稳,稍刈饔孟,撑墩水平变形图 ,,,,,，系于左边跨主梁的二期荷载要略小于左侧中跨主梁所致;墩顶最大正弯矩 为,(,,,,诘孛嫦叽ν渚爻鱿址赐涞悖,诘孛嫦乱韵,(,,Υ锏椒逯担,R,(, ,,,涤,,,桥墩在水平变形的基础上，由于二期竖向荷载作用会在桥墩及桩基础产生 附加弯矩。 由图,,,屯,(,可以看出，,徘哦盏乃,奖湫魏屯渚刂捣植脊媛捎雔舟桥墩相 结点的自重及台、梁结点处的桥面二期荷载对桥台及其桩基础仅传递竖向荷载作用，又 因为阶段四的竖向荷载很小，为,,,,，对于桥墩及其桩基础的影响很小，可以忽略 不计。 ,,温度效应作用下结构的受力分析 桥梁结构承受的温度效应，可以分为两部分:线性温度变化,,任露刃в,和非 线性温度变化,荻任露刃в,，其中线性温度变化引起的桥梁结构的伸缩量占结构全 部伸缩量的绝大部分，而非线性温度变化虽在结构内部产生相当的应力和一定的变形， 但应力变化是主要的，变形量却相对较小，对于整体式桥台桥梁而言，结构两端受到约 束，非线性温度梯度会引起结构的次连续位移。 荷载工况对整体式桥台桥梁进行受力分析。 ,,,,上部结构的受力分析 整体升温,, 一莉 , , , 单元号 蛳 , , :?,, ,,,,,, 由图,,,梢钥闯觯,,迳,,,婀た鲎饔孟拢,髁旱乃,奖湫我,撑中墩为中心 系于温度上升时，两侧桥台向外扩张，导致桥梁结构伸长。 二跨主梁出现向下的挠度，最大挠度值为,,,,;两边跨主梁梁端产生负弯矩，最大 温,?工况作用下，梁体膨胀伸长，两侧桥台向外侧移动，同时由于台后填土对桥台变 形的约束作用，在桥台上产生了与桥台变形方向相反的台后土压力作用导致的。 整体降温,?工况，上部结构主梁的水平变形如图,,,,,虮湫稳缤,(,所 东北林业大学硕十学位论文 ,, ,, ,? 梁竖向变形图 , ,,,,, 图,,降温工况主梁弯矩图 由图,,,梢钥闯觯,,褰滴,,,,况作用下，主梁的水平变形从中跨主梁向两 边跨主梁方向逐渐变大，且左边跨主梁梁端水平变形最大，为,(,,，系于在温度下 降时，两侧桥台向内收缩，导致桥梁结构缩短;左侧梁端水平变形大于右侧，是因为降 温工况时，台后填土对结构的约束作用以朗金理论计算的主动土压力考虑，左侧桥台的 台后主动土压力大于右侧桥台的台后主动土压力所致。 由图,,,?,(,可以看出，两边跨主梁的挠度方向向下，左边跨主梁挠度值最 大为,,,,，且挠度值由两边跨主梁向中跨主梁方向逐渐减小，在中跨主梁范围内出 现向上的挠度，最大挠度值为,,,,两边跨主梁梁端产生正弯矩，最大值为 虑桥台前锥坡土的影响，梁体收缩，两侧桥台向内侧移动，同时台后填土对结构的约束 作用按朗金理论计算的主动土压力考虑，在桥台上产生了与桥台变形方向相同的台后土 压力作用导致的。 ,,(,,下部结构的受力分析 整体升温,,,,,觯,虑盘ǖ乃,奖湫稳缤,—,，弯矩图如图,,,,荆,撑桥墩 ,,,,,,, ,,,,,(, ,,揭唬琈,,岫, ? , ,,‘‘,,, , , 图,,升温工况呻桥台弯矩图 图,,升温工况侧桥台水平变形图 , ,(, , 《 ,, , , ,,, ,, ,, 图,,,,鹿た,,,乔墩弯矩图 由图,,,巴,(,表明，由于主梁、桥台和桩是刚结在一起，在整体升温,?工 况作用下，将引起主梁的伸长变形，此时桥台后填土对桥台产生台后土压力作用，使得 桥台及桩基础相当于受到轴、横向荷载的同时作用，水平力将使桩身产生较大的弯矩和 挠曲变形，桩身出现挠曲变形的同时由于竖向力而产生一附加弯矩，而这一附加弯矩又 将促使桩身挠曲变形的增加。 的水平变形如图,,,,渚赝既缤,(,所示，,胖卸盏乃,奖湫稳缤,?,，弯矩图如 边墩最大变形值为,,,,，最大弯矩为 ,,,,, 曼,怒璺鬯警向温度梯度曲线，在主梁截面上建立非线性温度点，连成温度梯矗;夏: ,,, , ,甇 ,甇 、、 , , ， —, 八 ,, 由图,,,,,(,可以看出，在日照正温差作用下，非线性温度梯度引起的上部结 构主梁次连续竖向位移及水平位移，与结构整体升温,,工况作用下主梁的变形规律基 本一致，但变形量非常小，竖向变形约为结构整体升温工况下竖向变形值的,,，水平 日照负温差作用效应为正温差的(,,倍，非线性温度梯度负温差作用引起的上部结 构主梁次连续位移如图,,,,,,,,所示。 乒云 图,,负温差次效应作用下主梁水平变形图 ,,,,,(,,, —,,,, 由图,,,,,(,可以看出，在日照负温差作用下，非线性温度梯度引起的上部结 构主梁次连续竖向位移及水平位移，与结构均匀温差降温,。,况作用下主梁的变形规 在日照正温差作用下，非线性温度梯度正温差引起下部结构的次连续位移， ,,,,,,，最大竖向位移为,,,,,,撑桥墩最大转角位移为,,,,,,，最大 , ,,,,狾(, , ,, ,, 图,,,,虏畲涡вψ饔孟耹群桥墩水平变形图 图,,正温差次效应作用下钟桥台水平变形图 , ,辉,业园区跨线桥受力分析 值为,,,,,,砻髟谌照照,虏钭饔孟拢,窍咝晕露忍荻纫,鸬南虏拷峁,舟桥墩和 在日照负温差作用下，非线性温度梯度负温差引起下部结构的次连续位移很小，由 于文章篇幅有限，不予赘述。 ,,混凝土收缩和徐变作用下结构的受力分析 混凝土的收缩、徐变是混凝土材料本身所固有的一种特性，是一种高度的随机现 象。在富裕工业园区跨线桥的计算中，对于混凝土的收缩和徐变作用按照两个阶段进行 考虑:施工阶段的混凝土收缩和徐变作用和成桥后,年的混凝土收缩和徐变作用。 ,,(,,上部结构的受力分析 再赘述，上述五个施工阶段中混凝土收缩和徐变作用对上部结构主梁产生的竖向变形如 单元号 ,甇 幺 驯 —,, 幺 图,,,施工阶段混凝土收缩和徐变作用下主梁产 图,,施工阶段混凝土收缩和徐变作用下主梁产 生的竖向变形图 生的水平变形图 ,,, 单元号 , 图,,施工阶段混凝土收缩和徐变作用下主梁产生的弯矩图 于在施工桥墩与主梁现浇段结点时，混凝土的收缩和徐变作用对主梁产生的竖向变形均 为向上的，且两边跨主梁的变形值要大于中跨主梁，而且在施工除桥台结点处以外的全 桥二期荷载时，混凝土的收缩和徐变作用对主梁产生的竖向变形均为向下的，但中跨主 梁的变形值要大于边跨主梁，所以导致上述的变形情况。 能抵消一部分由升温情况引起的梁体膨胀，对结构的受力是有利的。 正弯矩，且两边墩处主梁的正弯矩最大，系于在旌工桥墩与主梁现浇段结点时，混凝土 的收缩和徐变作用对主梁产生正弯矩内力，且两边墩主梁结点处的弯矩值最大所致。 ,,(,,下部结构的受力分析 下部结构单独施工时，混凝土的收缩和徐变作用对下部结构仅产生竖向变形，只是 在上部结构主梁与桥墩、桥台连成一体后，混凝土的收缩和徐变作用对下部结构会产生 章节可知，下部结构在施工过程中荷载的考虑主要为四个阶段，这里不再赘述，四个施 如图,,所示，,辞哦詹,,乃,奖湫稳缤,(,所示，产生的弯矩如图,,,,荆,撑 ,,, 翌——百二珊，(, ,,, ,, ,,, 墩产生的水平变形图 由图,,可以看出，施工阶段混凝土收缩和徐变作用下，钟桥台产生的水平变形 出，雠桥台产生的弯矩值很小，可以忽略不计。 主梁的受力情况一致，系于在施工桥墩与主梁现浇段结点工况时，混凝土的收缩和徐变 作用对主梁产生正弯矩内力，且两边墩主梁结点处的弯矩值最大所致。 ,,(,,上部结构的受力分析 ,所示，水平变形如图,,,,荆,,,耐渚厝缤,(,所示。 单元号 姗 弋? ,慕 竖向变形方向均向下，且两边跨主梁产生的竖向变形值大于中跨主梁的竖向变形，左边 跨的竖向变形值最大，为,(,,挥赏,(,可以看出，上部结构主梁收缩，且左边跨 大于右侧桥台所致。 ,,,,,,虢峁咕,任虏罱滴,,,况作用下主梁的最大弯矩值相差不大，且两种 工况作用下两边跨主梁的弯矩规律也基本一致，但两中跨主梁的弯矩值要大于均匀温差 降温,?工况作用下主梁的弯矩值。 ,,(,,下部结构的受力分析 在成桥,年后混凝土收缩和徐变的作用下，皑桥台产生的水平变形如图,,所 僻桥台产生的水平变形图 , , ,,,,,(, , , ((,( 由图,,,屯,(,可以看出，成桥后,年混凝土收缩和徐变作用下，僻桥台产生 的水平变形和弯矩的变化规律与结构均匀温差降温,,,鲎饔孟,,,桥台的变化规律 基本一致。 要比中墩更为不利。 汽车荷载对整体式桥台桥梁的影响，可分为两种因素考虑;车道荷载和汽车制动力 荷载。 ,,(,,上部结构受力分析 在车道荷载作用下，上部结构主梁的弯矩包络如图,,,,荆,袅Π,缛缤,(“ 单元号 图,,车道荷载作用下主梁的弯矩包络图 单元号 ,,, 图,,车道荷载作用下主梁的轴力包络图 在车道荷载作用下，皑桥台的弯矩包络如图,,,,荆,袅Π,缛缤,—,所示， ,呵哦盏耐渚匕,缛缤,(,所示，剪力包络如图,,,,荆,撑桥墩的弯矩包络如图, ,辉,业同区跨线桥受力分析 ,台高,, ? , , , , , 图,,车道荷载作用下嘣桥台的剪力包络图 , , , ,, ,, ,,, —,, ,,, 图,,,档篮稍刈饔孟耹拌桥墩的剪力包络图 王 ; ; ?——?;;甅;; ;一 台左侧承受的拉应力要大于右侧，桥台产生的顺时针方向的转角要大于逆时针方向的转 ;;桥台产生向右侧的水平位移要大于向左侧的水平位移。 用下，中墩的受力情况要比边墩更为不利。 由于篇幅所限，本章节以汽车向左行驶为例，当汽车制动力向左时，分析上部结构 主梁、左侧皑桥台、;跚哦蘸;撑桥墩的受力情况。 ;;(;;上部结构受力分析 所示，水平变形如图;;;;荆;渚厝缤;(;所示。 ,,, ,, 八,入。八 ,, ,,, , 图,,制动力荷载作用下主梁的竖向变形图 —,(, ,,, , , 、 ,,删蠢 ,(, 图,,,贫,,稍刈饔肍主梁的弯矩图 跨主梁产生方向向上的竖向变形，且左边跨主梁跨中截面的变形值最大，为,,,,， 系于车辆向左行驶时，整个结构向左侧移动，同时左侧桥台台后填土对桥台变形的约束 作用，在左侧桥台上产生了与桥台变形方向相反的台后土压力作用所致。 其在同等荷载情况下的变形相应较小，同时左侧桥台台后填土对左侧桥台的变形有约束 作用，使得左边跨的主梁水平变形小于右边跨主梁。 变形如图,,,,荆,渚厝缤,(,所示。 东北林业大学硕士学位论文 , ————, ,,眦,猨百,—, ,(, , , , , ,, 图,,制动力荷载作用下皑桥台的水平变形图 ,,,,,一,,?————, 图,,,贫,,稍刈饔孟耹,桥墩的水平变形图 图,,,贫,,稍刈饔孟耹捍桥墩的弯矩图 —————————一 — 一,—,,,,,, , 图,,,贫,,稍刈饔孟,蜥墩的弯矩图 由图,,,巴,(,可以看出，衅桥台顶产生向左的水平位移，最大值为,,,,， 桥台顶最大负弯矩值为,(,,,,谥,沓鱿终,渚兀,畲笾滴,,,,,，系于在车 辆向左行驶的汽车制动荷载作用下，整个结构向左侧移动，同时左侧桥台台后填土对桥 台变形的约束作用，在左侧桥台上产生了与桥台变形方向相反的台后土压力作用所致。 由图,,,巴,(,可以看出，在车辆向左行驶的汽车制动荷载作用下，,?桥墩墩 台，系于作用在僻桥台的台后土压力使得雠桥台的台身水平变形相应减小，台身正弯 本文考虑的基础沉降作用，以按单桩基础沉降,,,考虑，各位置桩基础独立沉 降，结果按最不利组合。 图,,,?,(,所 , 一,甇 单元号 下主梁的水平变形图 大于向上的挠度值，且以两中跨主梁跨中截面的挠度值最大，为,,,;各跨主梁的伸 缩量基本一致，但两边跨主梁梁端的伸缩量最大，且收缩量要略大于伸长量;各跨主梁 基础沉降按单桩最大,,,考虑，各位置桩基础独立沉降，按最不利组合分析得出的结 : , , : : ::: :: 一:: 图::::〕两底饔孟耹群桥墩的转角变形图 图::::〕两底饔孟耹存桥墩的水平变形图 :墩高:::: ( , , ::: 一一??‘一一 :::岽 于:徘哦蘸:::桥墩，且:::盘ê:存桥墩向右侧的水平变形值要大于向左侧的水平变形 基本一致;钟桥台的转角变形要略大于::哦蘸:撑桥墩，这是因为在基础沉降荷载作 用下，上部结构主梁以两中跨主梁跨中截面的转角变形值略大于两边跨主梁跨中截面的 转角变形值，且变形由跨中位置逐渐向两侧梁端减小，故两侧桥台与主梁结点分担到的 转角变形相应的要大于桥墩的转角变形。 ::本章小结 本章对整体式桥台桥梁在多种荷载作用下的受力情况进行分析，得出了以下结论: 用导致两边跨主梁产生方向向上的挠度，两中跨主梁产生方向向下的挠度，且挠度值由 两边跨主梁向中跨主梁方向逐渐减小，同时桥台及桩基础产生附加弯矩和挠曲变形;另 外，边墩的变形及受力情况要远比中墩不利。 的弯矩值相对较大。 填土对桥台变形的约束作用，使得两边跨主梁产生方向向上的挠度，且左边跨主梁跨中 挠度值要大于右边跨主梁。 本文结合寒区特点，以富裕工业园区跨线桥为工程背景，开展了整体式桥台桥梁的 简化计算方法及受力性能的研究，得出主要结论如下: 是偏于安全的。 型，计算结果相差很小;但对于桥台下部结构的计算，采用等代桩长框架模型的计算结 果要大于采用实际桩长框架模型。 ,,ê筇钔廖I靶酝潦奔扑闱盘ㄌ,贝Φ奶ê笸裂沽κ保,凑誃,,法计算土的 水平土抗力系数是比较适合的，而,,,ㄒ榈膒,曲线对计算台柱土的水平抗力系数 是适宜的;对于多种土质的桩侧地基土而言，可按实际土层情况，分别建立各土层的实 ,,, ,,, ,,,，, ,,,,,,,,,, ,,(,,,, ,,,,,,,，,,,,,琈,瓼,, ,,,，,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,,琖如,,,,，,瓹(，,甋(,,,,,琍,,,,( ,,,,, ,,,,, ,,,,,,,,珽,,,, 【,柯砭海,鹣,冢,夜,谝蛔,,迨饺,薹烨帕阂还愣,逶端木徘诺纳杓扑悸贰綣】(中南公路 【,】彭大文等(无伸缩缝桥梁的动力特性计算与试验研究,,,卣鸸こ逃牍こ陶穸,,,,,,( , ,,,,,,甌,,,甊,(,,, 【,,(,,瓸,,(,,,, ,,,,,,,,,琖,,,,,珼(,,, , ,,, , ,,,,甊,(,,,,,琌,,,,,,, ,,,,,,, ,,,, ,,, ,,, ,,,甆,,,, ,,, ,,,，,, ,,,,,, ,,,,,珹,,琕,(,,琋,,，,,,,:,,,,( , , ,,,,,,, ,,,,,，,,,,, ,,,(,,,,, ,,,,,,,珹,,,，,,,,,,,, ,,柯砭海,,迨饺,薹烨帕貉芯坑胧导,綝】(湖南大学硕士学位论文(,,( ((,( ,,,琍,, ,,, ,,,,，,,,,,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,,,, ,,, , ,,,,,(,,, ,,,,,,, ,,,(,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, 【,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,, 【,,榻跸椋,,凉餐,饔枚哉,迨角盘ǖ奈奚焖踝爸们帕菏芰π阅苡跋斓难芯俊綝】(福州 ,,,,,,,,, ,,,,, ,, ,,, ,,, ,甁,,, , ,,,( ,,, ,,,,,,珹,,,,:, ,,, ,,,,—,,,, 【,】中华人民共和国交通部(《公路桥涵地基与基础设计规范》,,,,,,,,】(北京: 人民交通出版社(,,( (,( 蝴,:,,川 量 王 , 量 , (盟 稿 张 重 , 土 , , , , 量 ‘ ‘‘ , , , , , , , , , ‘ ‘ ‘ , 懂 , , , ,一 , ‘ , , , , 秘 , , ‘ , , ‘ , 量 , , , , ‘ 铺 , ‘ 骓 , , ‘ , , , , 锎 啉 , 堋凹 ‘ 荔 柚 删 荔 彩 豸 ‘?北:,謑,簂册( 豸 豸 荔 ,健浪齀驰,:埘( , , ‘ 】 譬 直 两 ‘ ; ((,(( , 餷? 陌, 鰐? , , 鯻 测 景; 纠 兰:测 舞 ; 州 ? ” ?一 ,,胁。, 一,( 攻读学位期间发表的学术论文 ,,( 本文自始至终都是在导师于天来教授的精心指导下完成的，作者几年来受益于导师 的淳淳教诲，导师严谨的工作态度和科学的思维方法，是值得作者终生学习的，在此谨 向导师致以深深地敬意和诚挚的感谢，感谢导师三年来在生活和工作上对作者无微不至 的关心，指导和帮助。