不同类型桩基支撑的整体桥力学性能
发布时间：2021-06-15 13:52
以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土（PHC）管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土（UHPC）桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性;随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小;桩身显著变形区主要出现在0～6.4D（D为桩径）埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能;随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小;随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩...
【文章来源】：建筑科学与工程学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
上坂大桥(单位:cm)
图1 上坂大桥(单位:cm)表1 各类型桩基截面特性Tab.1 Section Characteristics of Some Types of Pile Foundations 桩基类型 抗压强度设计值/MPa 截面面积/104 mm2 截面强度/105 kN 弱轴向受力宽度/mm 纵桥向抗弯刚度/(107 N·m4) 矩形桩 14.30 35.00 50.05 700 21.90 圆形桩 14.30 35.05 50.12 668 29.30 PHC管桩 35.90 14.03 50.37 700 26.70 钢管桩 215.00 2.34 50.31 700 28.60 H型钢桩 215.00 2.34 50.31 700 6.01 工型UHPC桩 54.35 9.18 49.89 700 4.96 变截面桩 54.35 9.18 49.89 700 4.96
采用MIDAS/Civil软件建立上坂大桥全桥有限元模型,见图3。主梁采用梁格法建模,T梁、桥台、矩形桩与桥墩均采用杆系梁单元模拟,T梁之间的横向连接采用虚拟横梁模拟。墩顶主梁支座为板式橡胶支座,通过弹性连接模拟。主梁、桥台及其桩基之间均采用固接。桥台桩底埋入中风化岩层不少于2.0 m,桥墩扩大基础埋入中风化岩层不少于1.5 m,故桩底与墩底均采用固接。桥面铺装采用板单元模拟,模型中同时考虑了其自重的荷载作用和对结构刚度的贡献。全桥有限元模型共计791个单元和619个节点。模型中考虑了结构-土相互作用,包括桩-土和桥台-土相互作用。原桥桩基周围采用扩孔形式填入松散砂性土,桩侧土采用线性土弹簧进行模拟,从桩顶往下12 m部分以0.5 m为间隔进行单元划分,随后桩最底部单元以0.6 m为间隔。土弹簧刚度和桩基计算宽度b0采用现行的《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)[27]中的m法进行计算,且砂土水平抗力系数的比例系数m值取为15 000 kN·m-4,圆形桩的计算宽度b0取1.352 m,PHC管桩和钢管桩的计算宽度b0取1.395 m,其余桩的计算宽度b0取1.550 m。台后土压力采用静止土压力和仅受压的非线性土弹簧(温升时按被动土压力计算,温降时按主动土压力计算)进行模拟,静止土压力与受压弹簧刚度计算可参见文献[28],[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀温度下多跨半刚接整体桥受力性能[J]. 许震,罗小烨,陈宝春,黄福云. 福州大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]墩梁半刚性连接的钢-混组合梁整体桥设计[J]. 吴庆雄,刘钰薇,江越胜,黄育凡,陈宝春. 桥梁建设. 2019(01)
[3]中国无伸缩缝桥梁应用现状与发展对策[J]. 陈宝春,付毳,庄一舟,Bruno Briseghella. 中外公路. 2018(01)
[4]采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计[J]. 陈宝春,陈国栋,苏家战,林上顺,薛俊青,TABATABAI Habib. 建筑科学与工程学报. 2018(01)
[5]PHC管桩-土相互作用受力性能拟静力试验[J]. 庄一舟,黄福云,钱海敏,熊铮晖. 中国公路学报. 2017(04)
[6]中国第一座超高性能混凝土（UHPC）拱桥的设计与施工[J]. 陈宝春,黄卿维,王远洋,郭斌,罗霞,江世好. 中外公路. 2016(01)
[7]超高性能混凝土研究综述[J]. 陈宝春,季韬,黄卿维,吴怀中,丁庆军,詹颖雯. 建筑科学与工程学报. 2014(03)
硕士论文
[1]整体桥H型UHPC桩基本结构受压性能试验研究[D]. 戴沂新.福州大学 2018
本文编号：3231176
【文章来源】：建筑科学与工程学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
上坂大桥(单位:cm)
图1 上坂大桥(单位:cm)表1 各类型桩基截面特性Tab.1 Section Characteristics of Some Types of Pile Foundations 桩基类型 抗压强度设计值/MPa 截面面积/104 mm2 截面强度/105 kN 弱轴向受力宽度/mm 纵桥向抗弯刚度/(107 N·m4) 矩形桩 14.30 35.00 50.05 700 21.90 圆形桩 14.30 35.05 50.12 668 29.30 PHC管桩 35.90 14.03 50.37 700 26.70 钢管桩 215.00 2.34 50.31 700 28.60 H型钢桩 215.00 2.34 50.31 700 6.01 工型UHPC桩 54.35 9.18 49.89 700 4.96 变截面桩 54.35 9.18 49.89 700 4.96
采用MIDAS/Civil软件建立上坂大桥全桥有限元模型,见图3。主梁采用梁格法建模,T梁、桥台、矩形桩与桥墩均采用杆系梁单元模拟,T梁之间的横向连接采用虚拟横梁模拟。墩顶主梁支座为板式橡胶支座,通过弹性连接模拟。主梁、桥台及其桩基之间均采用固接。桥台桩底埋入中风化岩层不少于2.0 m,桥墩扩大基础埋入中风化岩层不少于1.5 m,故桩底与墩底均采用固接。桥面铺装采用板单元模拟,模型中同时考虑了其自重的荷载作用和对结构刚度的贡献。全桥有限元模型共计791个单元和619个节点。模型中考虑了结构-土相互作用,包括桩-土和桥台-土相互作用。原桥桩基周围采用扩孔形式填入松散砂性土,桩侧土采用线性土弹簧进行模拟,从桩顶往下12 m部分以0.5 m为间隔进行单元划分,随后桩最底部单元以0.6 m为间隔。土弹簧刚度和桩基计算宽度b0采用现行的《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)[27]中的m法进行计算,且砂土水平抗力系数的比例系数m值取为15 000 kN·m-4,圆形桩的计算宽度b0取1.352 m,PHC管桩和钢管桩的计算宽度b0取1.395 m,其余桩的计算宽度b0取1.550 m。台后土压力采用静止土压力和仅受压的非线性土弹簧(温升时按被动土压力计算,温降时按主动土压力计算)进行模拟,静止土压力与受压弹簧刚度计算可参见文献[28],[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀温度下多跨半刚接整体桥受力性能[J]. 许震,罗小烨,陈宝春,黄福云. 福州大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]墩梁半刚性连接的钢-混组合梁整体桥设计[J]. 吴庆雄,刘钰薇,江越胜,黄育凡,陈宝春. 桥梁建设. 2019(01)
[3]中国无伸缩缝桥梁应用现状与发展对策[J]. 陈宝春,付毳,庄一舟,Bruno Briseghella. 中外公路. 2018(01)
[4]采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计[J]. 陈宝春,陈国栋,苏家战,林上顺,薛俊青,TABATABAI Habib. 建筑科学与工程学报. 2018(01)
[5]PHC管桩-土相互作用受力性能拟静力试验[J]. 庄一舟,黄福云,钱海敏,熊铮晖. 中国公路学报. 2017(04)
[6]中国第一座超高性能混凝土（UHPC）拱桥的设计与施工[J]. 陈宝春,黄卿维,王远洋,郭斌,罗霞,江世好. 中外公路. 2016(01)
[7]超高性能混凝土研究综述[J]. 陈宝春,季韬,黄卿维,吴怀中,丁庆军,詹颖雯. 建筑科学与工程学报. 2014(03)
硕士论文
[1]整体桥H型UHPC桩基本结构受压性能试验研究[D]. 戴沂新.福州大学 2018
本文编号：3231176
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