一種整體式橋臺(tái)橋梁的簡化設(shè)計(jì)施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁工程領(lǐng)域，尤其涉及一種采用粧基礎(chǔ)整體式橋臺(tái)橋梁的簡化設(shè)計(jì)施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁的伸縮縫是為了適應(yīng)橋梁伸縮變形的需要而在上部結(jié)構(gòu)設(shè)置的間隙，橋梁伸縮裝置是為使車輛平穩(wěn)通過橋面并滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)變形的需要，在伸縮縫處設(shè)置的由橡膠或鋼材等組成的各種裝置的總稱。對(duì)于交通管理部門而言，橋梁伸縮裝置的存在會(huì)帶來許多維護(hù)上的問題。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，橋梁伸縮縫的破壞現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。對(duì)于伸縮縫存在的問題，一種解決思路是將其取消。無伸縮縫橋梁的概念正是基于這點(diǎn)而提出，取消中、小橋梁的伸縮裝置，梁體的變形通過構(gòu)造上一些特殊處理予以吸納。
[0003]由于取消了伸縮縫，無伸縮縫橋梁避免了設(shè)置伸縮裝置所帶來的各種缺陷。近年來，無伸縮縫橋梁的性能、設(shè)計(jì)和建造已經(jīng)引起了人們?cè)絹碓蕉嗟呐d趣，在世界許多國家都得到了應(yīng)用和發(fā)展。其中，整體式橋臺(tái)橋梁是目前世界各國應(yīng)用最廣，研宄最多的無伸縮縫橋梁。整體式橋臺(tái)橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)被澆筑成整體，這使得主梁的任何一個(gè)微小的伸縮變形都將影響橋臺(tái)、臺(tái)下柔性粧基礎(chǔ)、臺(tái)后填土以及粧側(cè)土的受力和變形，而下部結(jié)構(gòu)、地基土也將限制梁體的伸縮變形，這就使得整體式橋臺(tái)橋梁的受力分析存在著許多的不確定性和復(fù)雜性，給其推廣應(yīng)用帶來了很大的困難，基本上是依賴于經(jīng)驗(yàn)和不完整的技術(shù)文獻(xiàn)，還沒有從根本上解決設(shè)計(jì)理論計(jì)算分析和施工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種采用粧基礎(chǔ)整體式橋臺(tái)橋梁的簡化設(shè)計(jì)施工方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
1)采用作用在橋臺(tái)上的土壓力合力來考慮臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)的作用，并通過等代長度的粧基礎(chǔ)來考慮粧側(cè)地基土與粧基礎(chǔ)的相互作用，在此基礎(chǔ)上提出整體式橋臺(tái)橋梁在使用階段的三維框架簡化計(jì)算模型；
2)考慮臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)的非線性作用以及上部結(jié)構(gòu)、橋臺(tái)和臺(tái)后填土對(duì)粧基礎(chǔ)的等代粧長的影響，采用臺(tái)后土彈簧單元、粧側(cè)土彈簧單元分別模擬臺(tái)后填土和粧側(cè)地基土的作用，提出計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型和計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型，完善三維框架簡化計(jì)算模型；
3)在給定的荷載工況作用下，采用計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型進(jìn)行分析計(jì)算得到臺(tái)后土彈簧對(duì)橋臺(tái)的作用力，將它們與臺(tái)后作用的靜止土壓力進(jìn)行迭加得到臺(tái)后土壓力的合力大小和作用位置；
4)在給定的荷載工況作用下，通過不斷調(diào)整計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型中粧基礎(chǔ)的長度得到該荷載工況下的等代粧長； 5)計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型和計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型配合整體式橋臺(tái)橋梁在使用階段的三維框架簡化計(jì)算模型，采用橋梁設(shè)計(jì)軟件對(duì)橋臺(tái)采用粧基礎(chǔ)的整體式橋臺(tái)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；
6)根據(jù)步驟5)中的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行施工，依次包括粧基施工，橋臺(tái)施工，在臺(tái)頂設(shè)置臨時(shí)支座，在臨時(shí)支座上架設(shè)主梁，澆筑接頭混凝土，將主梁和橋臺(tái)澆注成整體，形成整體式橋臺(tái)橋梁。
[0006]其中，計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型和計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型采用NCHRP 土壓力系數(shù)曲線確定臺(tái)后土彈簧單元的剛度。
[0007]計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型和計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型采用“m”法來確定粧側(cè)土彈簧單元的剛度。
[0008]由于NCHRP 土壓力系數(shù)曲線僅適用于砂性土，因此，臺(tái)后填土要求采用砂性土。
[0009]另外，橋臺(tái)粧基礎(chǔ)要求具有一定的柔度，橋臺(tái)的粧基礎(chǔ)在粧頂范圍內(nèi)要求采用比粧身尺寸大I米以上的預(yù)鉆孔，并在該范圍內(nèi)的粧側(cè)填入松散砂性土，具體范圍根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:運(yùn)用上述三維框架的簡化計(jì)算模型，可采用國內(nèi)現(xiàn)有的橋梁設(shè)計(jì)軟件對(duì)橋臺(tái)采用粧基礎(chǔ)的整體式橋臺(tái)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合提出的施工方法，為整體式橋臺(tái)橋梁在工程實(shí)際中的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提出的用于整體式橋臺(tái)橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用的三維框架簡化計(jì)算模型；其中圖1a為立面示意圖，圖1b為空間示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提出的用于計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁的臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中提出的用于計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提出的用于模擬臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)的作用所采用的美國公路合作研宄計(jì)劃(Nat1nal Cooperative Highway Research Program, NCHRP)給出的土壓力系數(shù)曲線圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中提出的計(jì)算粧基礎(chǔ)等代粧長和臺(tái)后土壓力的計(jì)算流程圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中提出的橋臺(tái)與主梁和粧基礎(chǔ)連接處的簡化模型；其中圖6a為立面不意圖，圖6b為側(cè)面不意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例中提出的主梁與橋墩連接處的簡化模型；其中圖7a為立面示意圖，圖7b為側(cè)面不意圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制。
[0014]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0015]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明，請(qǐng)一并參閱附圖:
本發(fā)明提供一種采用粧基礎(chǔ)整體式橋臺(tái)橋梁的簡化設(shè)計(jì)施工方法，采用的技術(shù)方案為:
I)采用作用在橋臺(tái)上的土壓力合力來考慮臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)的作用，并通過等代長度的粧基礎(chǔ)來考慮粧側(cè)地基土與粧基礎(chǔ)的相互作用，在此基礎(chǔ)上提出整體式橋臺(tái)橋梁在使用階段的三維框架簡化計(jì)算模型，該三維框架簡化計(jì)算模型如圖1所示，以兩跨為例，圖1a為立面示意圖，在圖1a中，示出了主梁單元1，粧基礎(chǔ)單元2，連接單元3，33，333，接頭單元4，44，444，橋墩單元5，邊界單元6，橋臺(tái)單元7和粧底固接或鉸接8。圖1b為空間示意圖，在圖1b中，進(jìn)一步示出了橫梁單元9，蓋梁單元10，虛橫梁單元11和構(gòu)造單元12。圖1a和圖1b所示的三維框架簡化計(jì)算模型把臺(tái)后填土對(duì)結(jié)構(gòu)的作用簡化為作用在橋臺(tái)上的土壓力合力來考慮，把粧側(cè)土與粧基的相互作用通過等代粧長予以考慮，其中等代粧長和土壓力合力與作用位置可以利用二維彈簧-框架模型來計(jì)算。
[0016]2)考慮臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)的非線性作用以及上部結(jié)構(gòu)、橋臺(tái)和臺(tái)后填土對(duì)粧基礎(chǔ)的等代粧長的影響，采用臺(tái)后土彈簧單元、粧側(cè)土彈簧單元分別模擬臺(tái)后填土和粧側(cè)地基土的作用，提出計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁的臺(tái)后土壓力和粧基礎(chǔ)等代粧長的計(jì)算模型，完善三維框架簡化計(jì)算模型；這里的計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁的臺(tái)后土壓力和粧基礎(chǔ)等代粧長的計(jì)算模型如圖2和圖3所示，以兩跨為例，圖2示出了用于計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁臺(tái)后土壓力的二維彈簧框架計(jì)算模型，在圖2中，示出了主梁單元1，粧基礎(chǔ)單元2，連接單元3，33，333，接頭單元4，44，444，橋墩單元5，邊界單元6，橋臺(tái)單元7，臺(tái)后土彈簧單元21和粧側(cè)土彈簧單元22。圖3示出了用于計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型，在圖3中，示出了主梁單元1，粧基礎(chǔ)單元2，連接單元3，33，333，接頭單元4，44，444，橋墩單元5，邊界單元6，橋臺(tái)單元7，粧底固接或鉸接8和臺(tái)后土彈簧單元21。在計(jì)算整體式橋臺(tái)橋梁粧基礎(chǔ)等代粧長的二維彈簧框架計(jì)算模型中，橋臺(tái)粧基礎(chǔ)和粧側(cè)土的作用則用等代長度的粧基礎(chǔ)代替(簡稱等代粧長)，即當(dāng)外力作用下，實(shí)