U型桥台裂缝成因统计分析_栾建平

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U台开裂成因分析及处治方案

车压力作用。根据Ｕ台的受力情况，软件建模时分为以下几个
图１右幅桥０＃台裂缝分布示意图（前墙）
模型：桥台前墙模型、桥台侧墙模型、ｕ型桥台整体模型。
经计算分析，前墙模型在桥面铺装以及桥台搭板和铺作
裂缝，裂缝随后发展较快，在填土结束后已基本趋于稳定。
经现场测量，本桥４个桥台前墙的均出现分布状裂缝，有２个桥台在前墙与侧墙相交处（钝角）处出现通缝。以右幅Ｏ＃台为例：前墙裂缝分布见图１，最大裂缝为Ａ１７，宽０．６８ｍｍ；侧墙
机架设。Ｕ台台身高１０ｍ，冒石底至成台顶为７．５ｍ，侧墙、前
墙墙顶厚度均为０．５ｍ，前墙墙背坡度为３．０６４：ｌ，侧墙墙背坡
析，其中右幅０拌台共钻取３个样本，试件尺寸均为１００ｍｍ× １００ｍｍ。经实验，前墙样本混凝土强度为３１．４ＭＰａ，小于设计值３５ＭＰａ，未能满足设计要求。３）本桥ｕ台前墙斜宽为３１．９ｍ，斜交角度为５０。，桥宽、斜交角度均较大，基于以上原因，笔者亦对桥台进行有限元分析，以在更深层次分析桥台开裂的机理。计算工具采用大型有限
元软件Ａｎｓｙｓ进行桥台的计算分析，桥台结构本构关系全部采
度为３：１，台身材料为Ｃ３５混凝土，２０１４年８月完成浇筑，台背填土在２０１４年１Ｏ月填筑。２０１４年１Ｏ月２３ｔ３，发现台身出现

重力式U型桥台的验算及裂缝分析

浅谈重力式U型桥台的验算及裂缝分析摘要：在u型桥台的建设过程中经常出现问题，u型桥台主要的受力部分为前墙，因此前墙的设计及施工对整个桥台的结构是最重要的，本文通过近年来实际工程中出现了大量的不同裂缝、破损和倾覆等，这些问题对桥梁的正常使用造成了不可估量的影响。

关键词：重力式u型桥台；稳定性；开裂中图分类号： u445 文献标识码： a 文章编号：1、引言重力式桥台台后的土压力主要靠自重来平衡，故桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。

u形桥台因其台身是由前墙和两个侧墙构成的u字形结构而得名。

其优点是构造简单，可以用混凝土或片、块石砌筑。

缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求，此外，桥台的两侧之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。

所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水。

因此，u型桥台在工程实施中存在的病害较多，一些桥梁在交付使用后不久甚至在施工过程中就产生各种严重问题，不仅影响公路的正常使用，而且维修加固也要耗费高额费用。

2、设计算例本文根据某特大桥为工程背景，大桥为大跨度波形钢腹板预应力混凝土刚构桥，其跨径布设为85+148+85米，桥梁起点桩号k22+336.962，跨中桩号k22+503，终点桩号k22+665.013，全长326米，桥面总宽12米，桥面行车道宽11米，两侧各设0.5米宽的防撞护栏。

两幅桥梁总面积7488平方米。

道路等级：高速道路；计算行车速度：80km/h；3、前墙的计算u型桥台设计方面主要要考虑前墙。

u型桥台的主要的受力部分为前墙，在宽度较大的桥台中，在前墙的一定位置设置了必要的变形缝后，其质量一般也能保证。

对于高度较大的桥台，地基和前墙前边的墙身的应力往往较大，为了改变这种应力分析状况，使其受力更合理，应当加宽基础襟边，同时前墙设置或者的前坡。

3．1 土压力的计算挡土结构物上受到的土压力和挡土结构与填土相对位移紧密相关。

重力式U型桥台开裂原因

ＨＵＨＡＯ— ＹＯＮＧｔ一，ＺＨＵＳＨＡＮ（ＹＩＮＧ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ
第１５卷第４期
２０１３年７月
通
科
技
与
经
济
Ｖｏｌ＿ｌ５。Ｎｏ．４
ＥｃｏｎｏｍｙｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｊｕ１．，２０１３
重力式Ｕ型桥台开裂原因
我国设计规范从结构的整体抗力、抗滑和抗倾稳定性、地基承载力验算等方面进行验算，但是没有验算其产生的土压力对侧墙、前墙的影响。现实中，桥台前墙和侧墙连接处出现裂缝，许多桥台的开裂正是由于台内填料的土压力引起的，为此本文将通过专业软件考虑土压力的影响，采用实体单元，进行分析得到填料土压力对前墙作用
ＵｒｂａｎＩｎｔｅｒｇｒａｔｅｄＴｒａｎｃｆｅｒＨｕｂ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｉｔｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕ— ｓｈａｐｅｄａｂｕｔｍｅｎｔｉｓｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｆｒｏｎｔｗａｌｌｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｂｕｔｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ，ｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｃｈｉｅｆｓｔｒｅｓｓｅｄｐａｒｔ．ＤｅｓｉｇｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＣｈｉｎａｔａｋｅｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｋｉｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＳＯｏｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ，ｗｉｔｈｏｕｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｉｄｅｗａｌｌａｎｄｆｒｏｎｔｗａｌｌｃａｕｓｅｄｂｙｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｃｔｕａｌｌｙｔｈｅｃｒａｃｋｏｆｔｅｎａｐｐｅａｒｓｏｎｓｉｄｅｗａｌｌａｎｄｆｒｏｎｔｗａｌ１．Ｍａｎｙｏｆｔｈｅａｂｕｔｍｅｎｔｃｒａｃｋｉｎｇａｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｆｉｌｌｅｒｓｏｉｌ

浅析U型桥台裂缝产生原因及治理方法

要原因是混凝土收缩和温差。这类裂缝可以在桥台的构造、
原材料以及浇筑施工中注意避免。首先，设计上应避免前墙
过宽。当桥台很宽时，可将桥台分为两个独立的Ｕ型台或在
本文介绍Ｕ型桥台经常出现的裂缝类型，阐明其产生裂缝的原因，并简要介绍防止、处理或加固的方法。
第３Ｏ卷第１期１
Ｖ０－Ｏ１３Ｎｏ１．ｌ
建
筑
施
Ｔ
ＢＩＤＮ０ＳＲＣ１ＮＵＬＩＧＣＮＴＵＴ０
浅析Ｕ型桥台裂缝产生原因及治理方法
ＰｒｌｍｉａｙＡｎａｙｉｆＣａｅｎｄＥｅｔｖｍｅｅｅｉｎｒｌｓｓｏｕｓｓａｆｃｉｅＲｅｄｉｓｆａｋｎｇｏｎＵｏｒＣｒｃｉＴｙｐｅＢｒｄｇｅＤｅｋｉｃ
极易造成台内开裂并凹陷。如果出现横向裂缝，应该密切注意其发展情况，以判明
３前墙与侧墙交接处的裂缝
前墙和侧墙交接处的竖向裂缝是Ｕ型桥台最常见的一
种裂缝。这种裂缝产生的原因是多方面的，以归纳为以下可
几点：
（）桥台封闭是Ｕ型桥台的最大弱点，土容易积水，１填
【文章编号】０４１０｛０８１－９５０１０—０１２０）１０９—２
Ｕ型桥台是目前公路桥梁中使用得最多的一种重力式桥台。它主要依靠自身的重量来平衡台后的土压力，多采用石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采用就地砌（）的方法施工。尽管Ｕ型桥台构造简单，由于其自身浇筑但存在一些薄弱环节，以及设计和施工等各方面的原因，工程实践中经常出现桥台台身或台内路面的开裂，有时甚至严重

U型桥台开裂原因分析及碳纤维布法加固研究

ｔｌｅｉｃｅｓｎｌｄｎｏｔｕｕｏｉｅｒｇ，ｄｕｌｏｒｓｙｄ —ｃｂｅｂｄｅｏｔｕｕａｌ５ｄｓｙｎｇｓｈｍｅ，ｉｃｕｉｇｃｎｉｏｓｂｘｇｒｒｂｄｅｏｂｅｔｗｅｔｅｎｄｉａａｌｒｇ，ｃｎｉｏｓｉｎｂａｂｄｅｎａｅｍｒｇ，ａｄｈｌｔｒｕｈｃｎｒｔ —ｆｌｄｓｅｌｔｂｒｈｂｄｅＡｆｒｃｍｐｒｇｏｔｗｒｃｂｅ — ｉｆ— ｈｏｇｏｃｅｅｉｅｔｅｕｅａｃｒｇ．ｔｏａｎ．ａｌｗｏｅａｌｌｉｅｉ
Ｕ型桥台是公路桥梁下部结构中经常采用的一种结构形式，而现今很多桥台在施工中或投入使然用后不久便出现了开裂现象，析Ｕ型桥台产生裂分
缝的原因，然后进行相应的维修加固已经成为一个
亟待解决的问题。
础，片石混凝土ｕ型桥台，两侧桥台高均为１ｍ，０台
身及基础采用１片石混凝土。５号该桥于１９９８年竣工，年投人使用。自２０次０５年发现两侧桥台台身及侧墙出现不同程度裂缝，尤以前墙与侧墙交汇处的纵向裂缝为重，已严重影响了该桥的安全使用。２实地检测
２１检测项目．
降现象。（）２桥台台身竖向主裂缝位置的确定：台身最严重的竖向通缝位于前墙与侧墙交汇处附近，图１见。

U型桥台扩大基础裂缝产生的原因分析及防治措施

U 型桥台扩大基础裂缝产生的原因分析及防治措施摘要：U 型桥台是现代桥梁设计中常见的型式之一，其具有结构简单、施工操作方便等特点，在中小型桥梁中普遍使用。

U 型桥台基础是承载整个桥梁荷载的重要组成部分，其安全性和稳定性对于桥梁的使用寿命和使用安全具有至关重要的作用。

然而，由于U 型桥台基础的长期受力和环境等因素的影响，容易产生裂缝现象，严重威胁其安全性和稳定性。

因此，对U 型桥台基础的裂缝产生原因进行深入分析，并提出有效的防治措施具有重要的理论和实际意义。

本文主要通过文献综述的方式，从U 型桥台基础裂缝的产生原因和防治措施两个方面进行论述。

关键词：U 型桥台、基础裂缝、产生原因、防治措施Abstract:U-shaped bridge pier is a common type in modern bridge design, which has the characteristics of simple structure and convenient construction. In small and medium-sized bridges, U-shaped bridge pier is widely used. The foundation of U-shaped bridge pier is an important part that bears the entire bridge load. Its safety and stability play a vital role in the service life and safety of the bridge. However, due to the long-term stress on the foundation of U-shaped bridge pier and theimpact of environmental factors, cracks are easy to occur, which seriously threatens its safety and stability. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to deeply analyze the causes of cracks in the foundation of U-shaped bridge pier and propose effective prevention and control measures. This paper mainly discusses the causes of cracks in U-shaped bridge pier foundation and prevention and control measures through literature review.Keywords: U-shaped bridge pier, Foundation crack, Causes, Prevention and control measures一、U 型桥台基础裂缝产生的原因（一）自身结构原因U 型桥台基础的自身结构因素是裂缝产生的重要因素之一。

砌石重力式U型桥台侧墙裂缝成因分析

砌石重力式U型桥台侧墙裂缝成因分析摘要：近年来我国国民经济快速发展，桥梁建设规模不断扩大，砌石重力式U型桥台因其构造简单、造价低、取材容易，成为一种广泛采用的桥台型式，实际工程中发现该种型式桥台侧墙开裂显现也较为普遍。

本文以砌石重力式U型桥台侧墙开裂的实际工程为例，对桥台台后填土种类、干湿密度、含水量、内摩擦角、粘聚力等参数进行了详细地检测分析，并结合桥梁的交通状况、环境因素、受力特点等因素对裂缝的成因进行了深入分析，最后给出了相应的加固措施。

关键词：砌石重力式桥台；U型桥台；裂缝；成因分析；土侧压力1、引言重力式桥台因其构造简单、取材容易、造价低，在地质条件较好的情况下应用广泛。

砌石重力式U型桥台是重力式桥台中应用最为广泛的桥台型式之一。

但在实际工程中发现，砌石重力式U型桥台较容易出现开裂现象，特别是桥台高度超过8m开裂现象更为普遍，并且开裂的特点较为一致，裂缝多出现在侧墙前端，呈竖向或者斜向[1]。

砌石重力式U型桥台裂缝产生的原因较为复杂，基础不均匀沉降、台后填土的侧压力、上部汽车荷载较大的冲击作用等因素均可能引起桥台的开裂。

其裂缝会严重影响桥台结构的整体性、稳定性，裂缝发展到一定程度还会危及到桥梁的安全，需采取相应的加固措施。

2、工程概况本文中的案例工程是位于某高速公路一座双幅跨线桥，其上部结构型式为3×10m的装配式混凝土简支空心板梁，下部结构型式为钢筋混凝土多柱式桥墩，砌石重力式U型桥台，刚性扩大基础；上部结构、下部结构均与路线斜交，斜交角为30°。

该桥于2003年12月建成通车。

检测发现，该桥左右两幅3#桥台外侧墙均出现较为严重的开裂，左幅3#桥台外侧侧墙存在1条沿砌缝的竖向开裂，最大缝宽25mm，裂缝呈上宽下窄状，裂缝处侧墙出现错位、外倾现象；右幅3#桥台外侧墙，出现1条沿砌缝的斜向开裂，裂缝向前墙方向延伸，缝宽10~35mm，裂缝示意图见图1。

谈U型桥台开裂加固设计

发桥台侧、前墙开裂现象。
２．１．５灌浆
（１）根据现场施工的实际情况，进行化学灌浆的配置，并要求达到表１的设计要求。
表１裂缝灌浆化学浆液的设计要求
龄ｈ）抗压强度抗拉强度抗压强度抗拉强度（ＭＰａ）ｆＭＰａ）（ＭＰａ）（ＭＰａ）
２．１．３封缝
对压浆区域的裂缝，无论缝宽大小，原则上都应同时封闭，以防裂缝相互贯通而跑气跑胶。沿缝长先涂一层基液，待胶泥初凝后，在抹上一层胶泥，并除去气泡抹平，待胶泥初凝后，表
１Ｏ～２２ ≥ ４０ ≥６ ≥ ７０ ≥ ８
９０ｄ的劈裂粘合强度
（ＭＰａ）干缝
≥ ２．５
（３）由于高速铁路的建设，重型车辆不断增加，部分运输车已经完全超出本桥设计荷载，当其行驶于桥台上时，台腔填土
位进行补封处理。
等．致桥台外观出现钢筋头外露，混凝土表面存在较严重的蜂
窝麻面。台腔填料在施工中未严格按照规范压实，此外该桥台
混凝土强度不足，无法承受桥台填土压力和桥上荷载作用力共同作用下的拉应力，因而桥台侧墙、前墙出现了不同程度裂缝。（２）台后填土土质较差，多为非透水性填料，压实度未按设计要求压实，经车辆荷载不断作用，台后填料产生下沉，引起路面开裂，雨水经裂缝渗入填料后无法排出台腔外，随温度变化不断产生膨胀与收缩。对桥台侧墙及前墙不断产生推挤，而引

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学报J ourna l o f Nanc hang H angkong University自然科学版##########N at u ral Sciences[收稿日期]2008-12-03[修回日期]2009-02-15[基金项目]江西省交通厅科技项目/重力式U 型桥台缺陷调查与处治研究0(200415)[作者简介]栾建平(1967-),江西省交通工程质量监督站高级工程师。

研究方向:公路工程质量监管和管理。

U 型桥台裂缝成因统计分析q 栾建平荣耀尹华杰(江西省交通工程质量监督站,江西南昌 330008)[关键词]U 型桥台;裂缝;影响因素;成因分析[摘要]文章通过调查大量的U 型桥台的健康情况,分析病害形成原因。

并以昌樟高速破江小桥为例,采用有限元软件模拟破江小桥U 型桥台在运营荷载作用下的应力场和位移场,分析认为台背内土压力和桥上压力共同作用使U 台墙内产生较大的拉应力导致混凝土U 型桥台开裂。

[中图分类号]U443[文献标识码]A[文章编号]1001-4926(2009)01-0074-05Sta tistica l Ana lysis of th e C auses of C ra ck s of U T ype Abu t m en tLAN Jian-ping ,RONG Yao ,YI N G Hua-jie(The Traff ic Eng ineering Qua lit y Supervision S t a tio n o f J iang ii provi nce ,Nancha ng,J iangxi 330008,China )K ey word s :U ty pe abut ment ;cracks ;crack factors ;cause ana l ysi sAbstr ac t :Based o n t he i nvestigati on of U type abut m ent crack ,the crack f ac t ors of U type abut m ent crack are ana l yzed .Tak i ng the U type abut m ent of Changzhang hi ghway as an exa m ple ,where t he stress and stra i n of the U ty pe abut m ent under the work loads are si m u l a ted ,this paper co m es to t he co nc l usi on t hat t he crack proble m of t he U type abut m ent can be attri buted to the jointwork of the soil stress and bridge stress .U 型桥台是重力式桥台最常用的形式,也是公路桥梁中采用较多的一种桥台形式,它以自重来平衡台后土压力,前墙承受桥跨结构作用力和台后土压力,并连接两边承受土压力起挡土作用的侧墙,平面上呈U 型结构。

侧墙以承受土压力为主,一般不参与前墙受力。

由于此类结构构造简单、受力明确、基底承压面积大而应力小、施工方便,在我国被广泛应用于地质良好的中、小桥梁中。

然而,由于设计、施工等各种原因[1-6],该种桥台在工程实践中的病害较多,如侧墙倾斜外移,前墙发生裂缝,锥坡沉陷坍塌,桥台基础被淘空等,经常性地出现这些病害,除少数由于自然灾害或人为破坏外,其主要原因是设计考虑不周和施工方法不当。

通过调查我省及相邻省(市)混凝土U 型桥台的质量状况,重点调查裂缝病害,分析其产生裂缝的成因,并对典型裂缝进行了数值分析。

1 U 型桥台裂缝调查统计分析调查了昌泰高速、昌九高速、梨温高速、九景高速、温厚高速、昌樟高速以及上饶市辖区内320国道742009年3月第23卷第1期U型桥台裂缝成因统计分析改建工程、206国道、白景线省道、溪婺线省道中的U型桥台情况。

总计调查了645座U型桥台,出现裂缝的有144座,占调查总数的22.3%。

通过上面对昌泰等高速公路及省道中的U型桥台裂缝的调查资料,经过统计得出如下的大致结果:根据调查统计的数字按裂缝发展方向进行分类,主要是下列三种:竖向裂缝、横向裂缝以及斜向裂缝(表1)。

表1裂缝种类统计表顺序裂缝类型占裂缝的比例1竖向裂缝64.7%2横向裂缝23.3%3斜向裂缝12.0%竖向裂缝主要表现的形态是,基本呈一垂直状。

主要有以下几种展布状态:竖直(基本成一直线)、起伏(基本直线,细部有弯曲起伏)和分叉。

横向裂缝主要表现为墙面展开,基本呈一水平状。

斜向裂缝在桥台裂缝中出现的几率比较小。

按裂缝所在的部位进行分类,主要是:前墙裂缝、左侧墙裂缝和右侧墙裂缝(表2)。

表2裂缝种类统计表顺序裂缝所在部位占裂缝的比例1前墙30%2侧墙70%前墙裂缝顾名思义是出现在前墙上的裂缝,前墙是U型桥台的主要受力部分,设计人员一般较重视,按整体的U型考虑,不在其间设置必要的变形缝,桥台前墙会由于基础的不均匀下沉及温度变化引起的胀缝而产生竖向裂缝,将桥台的前墙分裂为若干段。

侧墙裂缝即为侧墙出现的裂缝。

从侧墙的断面图看,侧墙也似一根一端固定一端自由的杆件,基础底面为固定端,墙顶为自由端,侧墙尾翼顶部,都是最容易变形移位的自由端。

从实践中看,当侧墙长度和高度达到8~10m以上且墙身设计得比较单薄时,在墙背土压力和车辆荷载压力作用下,翼尾部往往出现较大幅度的变形位移,明显向外倾斜,雨季台背填土湿度增大(含水量较高)时,则变形进一步加剧。

从现场的调查记录看,这些U型桥台中存在的裂缝主要有以下几种:1)在施工中设置的施工缝没有处理好而出现的裂缝、施工时设置的变形缝(温度缝、沉降缝)没有处理好出现的裂缝以及一些微小的结构裂缝,由于施工时对水化热升温没有处理好导致的温度裂缝,由于养护不到位所成的收缩裂缝等。

2)台后土压力太大、施工质量差以及结构设计尺寸不合理等,如桥台过高过宽、恒载过大将造成前墙线刚度过小和倾覆力矩过大。

3)桥台基础产生不均匀沉降、地基土强度不均匀,如部分为岩石地基、部分为碎石土地基或软弱地基;地基土强度降低,如在桥台基础施工中未能及时切断地下水源、地下水位升高和河流冲刷淘蚀。

4)水压力增加,如台后回填砂卵石时采用灌水密实法或在雨季施工而雨水未能及时排走。

5)在我国北方冬季施工中U型桥台中空填土部分容易积水,冰冻后产生膨胀。

在以上全部或部分原因的作用下,前墙与侧墙及其连接断面在恒载、活载和施工荷载作用下,将产生多种内力,如:拉力、剪力、弯矩、扭矩;而重力式桥台混凝土部分抗弯、拉、剪、扭性能较差,致使U型桥台产生裂缝或破坏。

通过调查结果分析:各个因素所占比例如图1所示,其中温度及收缩裂缝所占比例为31%,地基强度及不均匀沉降导致裂缝所占比例为11%,台背填土压实不够所占比例为21%,设计不当所占比例为5%,浇筑及养护不及时所占比例为21%,还有其它一些人为因素所占比例为11%。

752009年3月第23卷第1期U型桥台裂缝成因统计分析学报J ourna l o f Nanc hang H angkong University自然科学版##########N at u ralSciences图1 U 型桥台裂缝成因统计图2 典型U 型桥台裂缝成因分析2.1 工程概况昌樟高速设计为一级公路,双向四车道,上部结构为预制预应力空心板梁,双向4车道,桥梁跨度为10m ,图2为破江小桥设计图。

图2 破江小桥设计图破江小桥(K309+260)位于丰城梅林,调查发现裂缝情况如图3。

U 形桥台出现病害不仅影响公路桥梁的正常使用,而且需要加固维修[1-4]。

2.2 本构模型的选取采用ANS YS 对U 型桥台进行计算时,U 型桥台(片石混凝土砌体结构)单元采用六面体单元,并假定片石混凝土砌体是一种线弹性的各向均质等效材料,其本构关系:{a }=[D ]{E }(1)式中:{a })混凝土砌体线弹性本构矩阵;[D ])混凝土砌体应力;{E })混凝土应变。

图3 破江小桥(K 309+260)U 台照片2.3 计算模型及基本假定为了考察U 型桥台在行车荷载作用下内部的应力应变情况,并做出定性的分析,选取昌樟高速公路破江小桥的U 型桥台进行简化分析,模型依照如下尺寸进行建立,前墙长27m,高7.9m,顶面宽为0.95m,底面宽2.6m,侧墙长6.4m,高7.9m,顶面宽0.95m,底面宽2.6m ,前墙和侧墙内坡均为3B 1,侧墙与前墙垂直相交,具体尺寸参见图4计算模型图:图4 计算模型图桥台墙身采用C 25混凝土,设计抗拉强度1.33MPa ,弹性模量29.5GPa ,泊松比L =0.2,质量密度Q =2400kg/m 3,假定台内填土土质是单一的各向同性的,填料采用粘性土,其容重为C =19kN /m 3。

U 型桥台三维有限元模型,在ANS YS 计算中单元选用空间8结点六面体单元(solid45)来模拟。

填土影响按土压力考虑,整体有限元模型所受荷载类型及762009年3月第23卷第1期U型桥台裂缝成因统计分析大小与平面理论计算部分相一致。

假定地基整体沉降己结束,即不考虑地基变形影响,视地基为刚性,对台身底部进行全约束(即U x=U y=U z=0),尽量消除边界效应对模型计算的影响。

侧墙远离前墙端假定与路基完全连续,考虑为在线路方向位移为零,也即令U z=0。

侧墙外侧因为有锥坡的作用,对有锥坡部分的侧墙外侧进行垂直约束,即把侧墙有锥坡部分垂直墙面的方向(X方向)的位移进行约束,侧墙顶部施加路面荷载压力;前墙面不进行约束,前墙顶顶部施加桥面荷载和汽车荷载;内墙三个坡面均施加随高度变化的主动土压力。

2.4边界条件及施加荷载的确定1)台背主动土压力计算暂时只考虑桥台后无车辆荷载时主动土压力,根据5公路桥涵设计通用规范6(JT G-D60-2004)公式(4.2.3-4),那么作用在桥台后的主动土压力标准值为:E=12B LC H2(2)计算结果:侧土压力系数L=0.4土压力为:E=12B L C(H-y)212@27@0.4@19000@(7.9-y)2)N2)桥梁上部结构与汽车荷载传递到桥台支座上的荷载计算设计荷载为汽-超20级,挂-120,桥梁长度10m,双向四车道,桥面铺装厚度0.19m,铺装材料容重为C=25KN/m3,桥面铺装宽带为13m,由此可计算得出桥面铺装层的重量为:p1=C V a=25@0.19@10@13=6.175@105N单片梁重量计算,单片梁重量为10.14吨,设计为平行架设20片梁,则梁的荷载为:p2=20@10.14@104=2.208@106N根据桥梁为简支结构,则桥梁上部结构传递到桥台上荷载为p1,2=0.5@(p1+p2)=1.33@106N汽车在桥上运营时传递给支座的荷载,采用影响线计算,计算获得一个车道的最大荷载为282kN,四个车道的折减系数为0.67,则四个车道的的荷载为p3=282kN@4@0.67=755.76k N桥台侧墙顶面和前墙顶部结构荷载大致采用p4 =478.9kN2.5计算结果与调查结果对比分析利用ANSYS计算后的结果如下,以下各图分别为模型中有限元节点在荷载作用下沿X、Y、Z方向的应力和应变云图,途中数值应力的单位为Pa,应变的单位为m。