U型桥台范文

U型桥台范文（精选6篇）

U型桥台 第1篇

1 设计算例

本文根据重庆市南川至贵州市道真高速公路重庆段特大桥为工程背景,大桥工程位于南川区大有镇水源村,其跨径布设为(85+148+85)m,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 m,桥面总宽12 m,桥面行车道宽11 m,两侧各设0.5 m宽的防撞护栏。两幅桥梁总面积7 488 m2。道路等级:高速道路;计算行车速度:80 km/h。

2 前墙计算

U型桥台主要受力部分为前墙,一般对于高度较大的桥台,前墙前边和地基的墙身的应力通常比较大,为改善这种应力分布状况,使受力更合理,在较大宽度的桥台中,在前墙的一定位置设置变形缝,桥台质量一般能保证,所以加宽基础襟边,同时前墙设置10∶1或者8∶1的前坡。

2.1 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。一般地,可以参考《公路桥涵设计通用规范》附录部分,按挡墙模式计算台背压力。桥背填土的作用达到了主动土压力。一般采用朗肯主动土压力理论计算台背主动土压力。规范中根据桥台后有车和无车两种情况进行。计算得到两种情况下土压力作用点到基础底面的距离,破坏棱体的长度。对于台后有车的情况,要把汽车荷载转化为土层厚度。

换算土层厚度

2.2 基底应力

为满足桥台承载能力要求,对以后进行的抗倾覆和抗滑移设计达成统一,对基底应力按照《公路桥涵设计通用规范》进行计算。

式中:N为竖向力总和,∑M为作用于桥台的水平力和竖向力对基底重心轴的弯矩,A为基础底面积,W 为基础底面的截面抵抗矩。

土类地基基底最大应力pmax=231.3 kPa,要求土类地基基底容许承载力$\left[f\right]$不小于250 kPa。

在设计中,为使桥台的安全度更高,设计人员不能仅仅只局限于规范条文,应该根据实际工程情况,如果地质条件较差,对于容易塌陷的地区要保证基底应力能够满足规范要求,还要验算前墙和背墙由于地基不均匀沉降导致的裂缝。

2.3 抗滑稳定性计算

实际验算基底抗倾覆稳定性,目的是确保桥台不向一侧倾倒,也不绕着某一轴转动。桥台是绕基底受压的最外边缘倾覆,针对弹性软土面的桥台基础,由于基底最大受压边缘陷入土中,此时基底的转轴将在受压边缘的内侧的某条线上。在设计中保证基底的最大应力,基础的转动轴仍定在最大受压边缘。

由《公路桥涵地基与基础设计规范》4.4.1条规定

式中:k0为墩台基础抗倾覆稳定性系数;y为桥台截面重心至验算倾覆轴的距离,m;即距墙趾的距离;$\left[k{}_0\right]$为规范规定验算墩台抗倾覆和抗滑移的最小温度系数;

计算结果:前墙基础倾覆和抗滑移性均满足《公路桥涵设计通用规范》的要求。

3 有限元分析

为了计算精确,本模型通过FEA有限元中的映射网格进行规格的单元划分。单元全部使用空间四节点的实体单元。荷载采用土压力和车辆荷载的组合,将土压力变化规律,以面荷载的形式分别施加在前墙和侧墙的背面,见图1。

桥台各墙所受的土压力会随着桥台高度增大不断增加,因此,前墙与侧墙所受水平压力也会增加,常常在前墙和侧墙的交接处出现拉应力,如果在实际中桥面排水不顺畅,可能导致台后填土的重度增加,即而使得土压力增加。

本文通过,“台内填土土压力+汽车荷载+温度力”工况进行分析,见图2～图6。

1)桥台X轴方向应力最大值为0.23 MPa,最小值为-0.24 MPa,最大拉应力分布在桥台前墙基础;桥台Y轴方向应力最大值为0.5 MPa,最小值为-0.3 MPa,最大拉应力也分布在桥台前墙与侧墙交界处;桥台Z轴方向应力最大值为0.3 MPa,最小值为-0.7 MPa,最大拉应力分布在桥台前墙与地基交界处,分布范围较小;桥台范梅塞斯应力最大值为0.8 MPa,最大压应力出现在前墙和基础交接处;桥台第三主应力最小值为-1.8 MPa,最大主压应力分布在桥台前墙与锥坡交界处。

2)从应力分布趋势来看,如果地基发生沉降,桥台前墙与侧墙交界处最容易开裂,由于前墙的刚度比侧墙刚度大,开裂起始位移会从侧墙开始,由内侧向外侧沿着45°方向扩展,直到裂缝贯穿侧墙,若不采取措施,裂缝将由桥台台帽位置向下继续发展,直到前墙与侧墙分开。

4结束语

从计算结果来看,汽车荷载产生的效应最为显著,土压力次之。现有车流量大,重载、超载严重,再加上桥面排水不顺畅,雨水顺着桥头搭板的裂隙进入桥台,由于台后填土透水性较差,填土遇水膨胀,对桥台侧墙和前墙产生向外的推力,这些原因都有可能导致桥台开裂的原因。

本文严格按照设计规范条款进行分析计算,为确保桥梁桥台结构满足使用要求,提高桥梁桥台的安全性和耐久性,在对公路桥梁桥台结构设计时,要求设计人员和现场施工人员根据设计规范及其施工规范总和考虑地质水文条件和结构受力特点等,以满足规范的要求。并且通过有限元分析计算,分析出桥台后的填土产生的土压力对桥台结构的安全性有着重要的影响。因此,在以后的设计中一定要考虑较大的土压力作用。但是在桥台设计中仍存在一些问题需要研究,如在活载的选择上,使用车辆荷载和车道荷载的选择上是需要进一步研究的。

摘要：U型桥台是桥梁工程中常采用的结构物,主要受力部分为前墙,前墙的设计对整个桥台的结构尤为重要。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的影响。

关键词：重力式U型桥台,开裂,稳定性

参考文献

[1]JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:人民交通出版社,2002.

[3]柳艳红.浅谈公路桥梁下部结构设计[J].北方交通,2010(4):142-143.

[4]李喜军.桥台设计与施工方案的选定[J].西部探矿工程,2003,86(7):162.

[5]陈洪林.重力式U型桥台基底承载力计算[J].湖南交通科技,2001(35):98-101.

[6]张宝魁,马清珍.U型桥台设计施工中几点问题的探讨[J].湖北工程技术高等专科学校学报,2004(4):22-28.

[7]宋述评,张世友.浅谈重力桥台[J].黑龙江交通科技,2010(12):81.

《U型理论》读后感 第2篇

马丁·卡兰谷·班达出生在赞比亚的一个小村庄，他年轻的生命创造了辉煌的职业生涯，包括是一家跨国能源公司的领导，赞比亚总统的顾问，乐施会全球学习中心的协调员和顾问，非洲和英国几所大学的讲师，此外，他还完成了一本关于曼德拉领导力的书。

马丁为什么如此成功?一次电台的电话访谈节目中，一个小孩打进电话问他：“马丁，你是如何从一个赞比亚的农村男孩最终做到大学里演讲、为总统提建议和为国际机构工作的?这些是怎么变成可能的?是什么让你做到了这些?”马丁停顿了很长时间然后回答说：“我的回答可能会让你失望。可事实的确是我也不知道自己在做什么，我没有计划。和筹划未来相反，我经常发现自己已经无意间进入了一个又一个场景。随着场景的展开我漂流而入。但我坚信如果我进入新的场景，如果我拥有正确的深层意图，就能得到相应的帮助。而在我随波逐流的同时，我认识到自己也是乘着别人的翅膀在飞翔……现在想来，我希望能以一种更加有意图的方式漂流前行。”

一、跟未来学习

我觉得用马丁的故事来总结奥托·夏莫这本《U型理论》的书再好不过了，因为他讲到了一个关键点就是没有计划随波逐流不断地进入新的场景。我们传统的学习方式更多的基于对过去的总结和判断，《U型理论》倡导的学习方式是未来涌现。在今天这个VUCA乌卡时代，不稳定、不确定、复杂、模糊等特点越来越突出，变化是动态不稳定不可控的，我们很多的计划都可能会遭到破坏，很多的理性决策最终都跟你想要的结果背道而驰。就像大润发被收购的时候，当时的负责人黄明说的那样：我们不是在技术面前低头了，而是败给了时代。

正是因为时代的变化，必然会要求我们学会学习，我们以前更多的是对于过去经验的总结、反思，还有复盘；而作者奥托·夏莫说你如果真的想提升自己的思维、能力，更好地迎接未来，那么我们应该努力让未来涌现，向未来学习。当我写到这里的时候，肯定有的同学会说，这也太玄了吧，我们怎么可能去跟未来学习呢?未来还没来啊?

所以，奥托·夏莫的这本书不再关注怎么提高粮食的产量，而是关注生产粮食的土壤，是孕育创造过程的内在状态，是一位伟大的艺术家站在空白的画布前，而他的脑中、心中、意识里正在经历的过程。我个人比较喜欢U型理论的三个方面：（1）向未来学习，让未来涌现，就像我们一直说的那样：经验只是负债，学习才是资产；穿旧鞋走老路永远到不了新地方。道理都懂，说说都对，可说这些话的人常常依然是用过去的旧经验来设计今天的新方法，不过是新瓶装老酒而已。（2）不仅关注理性思考，更要关注感性体验，我们的情绪、身体是有学习和记忆能力的，也就是我们佛家里讲的禅修、瑜伽里练的冥想，你会发现学会自己跟自己对话，让自己的感官产生学习的能量，忽然你就开悟了。（3）U型理论是从过去到未来的一种状态，而从过去到未来之间出现了一个短暂的空档，那个空档就是我们说的活在当下，就是山谷中的一道裂缝照进来的光。

二、U型理论的学习

说了半天，U型理论到底是啥?怎样应用到我们的工作和学习中呢?我们可以想想我们过去的学习模式是什么样的?作者用了一个比较恰当的词叫做“下载”，下载就是把各种信息全部收集过来，你会发现我们很难有深度的思考，那么自然就很容易进入到肤浅而烦躁的境界。在今天这个信息大爆炸的时代，如果你每天刷抖音、刷朋友圈、追剧，各种信息蜂拥而来，你的注意力会不断地被稀释，你的思维模式会越来越简单。

U型理论从三个层次七个阶段来说明未来涌现的学习方式，三个层次分别是开放的思维、开放的心灵和开放的意志。我对这三个层次的理解是开放的思维就是我们用脑去思考去学习，开放的心灵就是我们用心去感受，开放的意志是我们用身体去感知，到了开放的意志就应该是一种天人合一的状态，写到这里就让我想到了叔本华的《作为意志与表象的世界》一书中的一些观点。

我来重点讲讲这七个阶段

第一步叫做暂悬，这是个非常非常重要的词，就是悬挂你的判断，在我们与人沟通的时候我们经常说要学会倾听，但是有多少人能做到呢?我们总是会听自己喜欢听的，而且还常常喜欢自作聪明的做出判断，暂悬就是不做判断。

第二步转向，是从场域中感知，用心感知。

第三步、第四步、第五步，我们把这几步放到一起来谈，放下和接纳，不管过去好的坏的都要放下，不管未来怎么样都需要100%去接纳，你看你有这样的状态了未来就会来到你的身边。事实上，我们很多人在生活中经常是对未来焦虑、恐惧的一种状态，象咱们开篇文章中写的马丁从一种场景进入到另一种场景，他说随波逐流，你可以说是活在当下，再高维一点的状态或者说法叫做心流。

第六步、具化，就是用图象画面来表达你想要达成的愿景目标，你可以想象一下，你拥有一辆玛莎拉蒂汽车时的场景，而不要想着买一辆玛莎拉蒂要多少钱，一个是感性的一个是理性的，哪一个让你更激动，更容易激发你想去奋斗的动力呢?

第七步、实施，既然我们已经很想要这辆玛莎拉蒂了，那么自然就要想需要多少钱，怎么样才能去达成，并且把你的计划、想法一步一步地去落实。

你有没有发现这是一个非常有意思的学习过程，从理性脑思考的暂悬开始到理性脑的实施结束，第二步感性心灵的感知与具化愿景的表现，都是在激发我们的感性感受，到了开放的意志这一层，放下和接纳都是用身体在连接开放的意志。夏莫不愧是学习设计的大师，从理性到感性不断地切换，让咱们的学习器官脑、心、身体全部参与进来，这就是我理解的沉浸式体验学习。

三、最后的碎碎念

（1）我花了很长一段时间才读完这本《U型理论》，说实话到现在还是有些囫囵吞枣一知半解，一是因为我专注在销售培训上，以前的培训方法更多地基于我的经验和一些销售高手的方法；二是我确实没怎么接触过学习设计的知识，这本《U型理论》颠覆了我对学习方法的认知，难怪自己读了那么多书长进不大，为了读书而读书没有形成深度的思考，读书跟看电视、刷抖音一样都是一种打发时间的娱乐休闲活动而已，最多只能算作是附庸风雅。所以啊，不要经常炫耀自己家里有多少本书读了多少本书，关键是你学到了多少、思考了多少、应用了多少。

（2）上一次在给一家瓷砖企业培训《工程项目渠道开发与管理》课程的时候，企业培训经理说，“李老师，你上课的风格比较犀利啊！”我还认为她在表扬我，我说“做老师的不就是要直接指出问题吗，他的销售方法和话术不对我就要说，我不怕得罪人我要对学员负责”。现在想想我依然是一名很传统的培训师做法，自认为是对学员负责实际上是在做判断，没有做到U理论开启的暂悬。没有倾听学员的想法。即便我的答案是对的，他也不一定能听的进去，因为我没有让他认识到自己的问题，错在哪里?所以他没有触动，没有很深的感受。何况，我怎么证明自己的答案是对的呢?对与错之间，每个人的立场不同而已。培训师一定需要学习教练和促动技术。

（3）大道至简，万法归一，这本《U型理论》融合很多的心理学、社会学甚至咱们的国学内容，作者多次提到他跟国学大师南怀瑾的对话和受益。你会发现不管你研究哪个领域的内容，做哪个行业的工作，做到极致的时候所有的道理想法就通了。原来我讲销售课程对于理性思考的内容比较多，对于感性、情绪的内容比较少，这块内容需要慢慢地融入进来，三月份我准备在读书群里领读一本关于情商的销售书（销售读书群:saleschina002）。

U型桥台开裂的原因及设计建议 第3篇

1 桥台开裂的特征及原因

某高速公路K106+176主线跨A匝道为1-20m预应力空心板桥, 桥台设计为片石混凝土U型桥台, 桥台高度9.58m, 该桥桥台台背回填施工完成后, 发现台右侧侧墙出现了一条裂缝, 裂缝从上至下, 离基础顶面尚有30㎝, 挖开桥台背后填料发现此裂缝位于前墙与侧墙的交汇处, 深度已贯穿整个墙身, 如图1所示。

调查发现, U型桥台几乎不同程度地存在开裂情况, 裂缝大多发生在前墙与侧墙交界处及前墙中部, 当桥台宽度和高度较大、截面尺寸偏小时, 容易在施工中发生开裂, 特别是在台内填土填筑过程中, 而且裂缝宽度随着桥台宽度和高度的增加而增大;部分裂缝还发生在前墙侧面, 由支座后部向下或斜向后靠近前墙和侧墙的结合部延伸, 大部分是前、侧墙同时出现裂缝。

通过调查分析, 桥台开裂与构造设计不合理有很大关系, 也与台内填料性质、填筑方式、地质条件、地基不均匀沉陷、台内外温差以及外来荷载等有关, 本文仅从桥台的构造尺寸、台内填土压力等方面分析桥台开裂的原因。

2 桥台构造尺寸

《公路圬工桥涵设计规范》 (JTG D61-2005) 第6.2.4条规定:U型桥台前墙顶面宽度不宜小于0.5m, 其任一水平截面的宽度, 不宜小于该截面至墙顶高度的0.4倍。U型桥台的侧墙顶面宽度不宜小于0.5m, 其任一水平截面的宽度, 对于片石砌体不宜小于该截面至墙顶高度的0.4倍;块石、粗料石砌体或混凝土不宜小于0.35倍;如桥台内填料为中、粗砂或砂砾时, 则上述两项可分别减为0.35和0.30倍。

设前墙内侧边坡为n1, 则:$\text{n}{}_1\le \frac{1}{0.4-(\text{b}+\text{d})/\text{h}}(1)$

设侧墙内侧边坡为n2, 则:$\text{n}{}_2\le \frac{1}{\text{α}-\text{b}{}_1/\text{h}}(2)$

式中各符号含义见图1。α为侧墙水平截面宽度系数。从式 (1) 、式 (2) 可以看出, 当桥台前墙与侧墙的顶宽、高度、建筑材料和填料确定后, 便可计算出内坡比n1和n2, 而且内坡比随桥台高度的增大而减小。一般U型桥台材料采用浆砌片石, 台后填筑透水性砾料, 参数b+d≥1.20m, b1≥0.75m, 不难算出:当H≤12. 0 m时, 前墙、侧墙内侧边坡n1、n2采用3.5较为合适;当12.0m<H<22. 0 m时, 前墙、侧墙内侧边坡n1、n2采用3.0较为合适, 因此在设计时不能简单地设定内坡值, 否则会造成截面尺寸偏小而导致桥台的开裂。

3 桥台墙体土压力计算

《公路圬工桥涵设计规范》 (JTG D61-2005) 第6.2.4条还规定:当U型桥台前墙设有沉降缝或伸缩缝时, 分隔的前墙和侧墙墙身或基础应分别按独立墙验算截面强度。一般高速公路桥台在中分带处均设置沉降缝, 故前墙和侧墙应分别按独立墙计算。

3.1 前墙土压力计算

桥台前墙的作用与一般挡土墙一样, 按《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 中库仑主动土压力E公式计算:$\text{E}=\frac{1}{2}\text{B}\text{μ}\text{γ}\text{Η}{}^2(3)$

3.2 侧墙土压力计算

库仑理论计算墙后土压力时, 适用于墙后填料在足够远的距离内为匀质的散粒体情况, 即破裂面不受限制, 全部产生于此匀质的填料内。若墙后存在已知坡面或者说破裂面与另一层面相交, 此时破裂面受到了限制而不能全部产生, 显然, 此时墙背主动土压力与库仑理论的假定情况不完全相同了。墙身较高的U型桥台侧墙所受到的主动土压力就属于这种情况, 由于另一侧墙的限制, 通过一侧墙墙踵的破裂面与另一侧墙相交。

利用库仑理论计算墙背主动土压力时, 通过墙踵, 假拟若干个破裂面, 其中使主动土压力达到极限平衡时的那个破裂面, 即为最危险的破裂面, 条件是$\frac{\text{d}\text{E}}{\text{d}\text{θ}}=0$, 通过此条件即可求得破裂面的位置θ和主动土压力E值。

如图2示, 当墙身向外移动或绕墙趾外倾时, 墙背填料内会出现一通过墙趾的破裂面AB, 其上土体会沿AB面下滑, 当达到极限平衡状态时, 土压力达到最小值, 此时土体给予墙背的土压力即为所求的主动土压力E。

令:土楔重为G, 破裂角θ, 填料内摩擦φ, 墙背倾角α, 墙背与填料间摩察角δ, 填料容重γ, ψ=α+δ+φ, 由图2得:

$\text{G}=(\text{b}-\frac{\text{Η}}{\text{h}})\text{Η}\text{γ}-\frac{1}{2}\text{γ}(\text{b}-\frac{2\text{Η}}{\text{n}}){}^2\times \frac{\text{t}\text{g}\text{θ}}{1-\text{t}\text{g}\text{θ}\text{t}\text{g}\text{α}}(4)$

由图2的力学三角形得:

$\begin{array}{l}\text{E}=\text{G}\frac{\sin (\text{θ}-\text{φ})}{\sin (90°+\text{α}+\text{δ}+\text{φ}-\text{θ})}\\ =\text{G}\frac{\cos \text{φ}(\text{t}\text{g}\text{θ}-\text{t}\text{g}\text{φ})}{\cos \text{ψ}(1+\text{t}\text{g}\text{ψ}\text{t}\text{g}\text{θ})}(5)\end{array}$

令:$\text{Κ}{}_1=(\text{b}-\frac{\text{Η}}{\text{h}})\text{γ},\text{Κ}{}_2=\frac{1}{2}\text{γ}(\text{b}-\frac{2\text{Η}}{\text{n}}){}^2,\text{a}=\frac{\cos \text{φ}}{\cos \text{ψ}},\text{b}=\text{t}\text{g}$ψ, c=tgθ, d=tgφ

根据$\frac{\text{d}\text{E}}{\text{d}\text{θ}}=0$, 得:

$\text{c}{}^2-\frac{2[\text{Κ}{}_1(1+\text{d}\text{b})\text{t}\text{g}\text{a}+\text{Κ}{}_2]}{\text{Κ}{}_1(1+\text{d}\text{b})\text{t}\text{g}{}^2\text{a}-\text{Κ}{}_2(\text{b}-\text{t}\text{g}\text{a}-\text{d}\text{b}\text{t}\text{g}\text{a})}\times \text{c}+\frac{\text{Κ}{}_1(1+\text{d}\text{b})+\text{Κ}{}_2\text{d}}{\text{Κ}{}_1(1+\text{d}\text{b})\text{t}\text{g}{}^2\text{a}-\text{Κ}{}_2(\text{b}-\text{t}\text{g}\text{a}-\text{d}\text{b}\text{t}\text{g}\text{a})}=0(6)$

解方程 (6) , 得c=tgθ, 从而得出θ值, 即可确定滑动面位置。若$\text{c}<\frac{\text{Η}}{\text{b}-\text{Η}\text{t}\text{g}\text{α}}$, 土体滑动面受到另一侧墙的限制, 将θ值带入式 (4) 、式 (5) 式即可求得主动土压力E值;否则主动土压力E按公式 (3) 计算。

一般高速公路台后填料选用透水性砾料, 填料内摩擦取φ=35°, δ=φ/2=17.5°, γ=19.5kN/m3, 侧墙内边坡采用3.5时, α=15.95°, 侧墙内边坡采用3.0时, α=18.44°, 侧墙顶宽b1=0.75m, 可计算出常用路基宽度侧墙主动土压力计算模式的临界高度, 如表1。

当侧墙高度H大于表中临界高度, 主动土压力E按公式 (5) 式计算, 否则按公式 (3) 计算。

4 U台设计建议

为确保U型桥台的稳定性和防止过大的变形, 对桥台的设计提出如下建议:

(1) U型桥台的构造尺寸应严格满足现行规范的要求, 避免造成截面尺寸偏小而导致桥台的开裂。

(2) 一般高速公路桥台在中分带处均设置沉降缝, 前墙和侧墙应分别按独立墙计算。

(3) 前墙与侧墙增设外坡。通常桥台前墙与侧墙的外墙是直立式, 若做成背坡比为10∶1式桥台, 也能较好地改善桥台的受力。

(4) 为减小前墙与侧墙隅角处的主拉应力, 设置截面倒角并布置一定数量的分布钢筋。大量计算表明, 增设倒角后, 该隅角处的主拉应力可以降低30%以上。

(5) 设置钢筋混凝土圈梁。即沿桥台侧墙-前墙-侧墙以及桥台空腔内设置钢筋混凝土圈梁, 增设圈梁后的桥台对前墙、侧墙及其交界部位的应力、位移影响显著。

(6) 宽桥台前墙设置变形缝。对桥台宽度超过20 m的桥台, 受到台内填土压力的影响, 前墙中部的变形最大, 容易导致前墙中部开裂, 对此, 应在前墙中部设置变形缝。

5 结语

本文给出了不同桥台前墙与侧墙的内坡比建议值;认为内坡比3.5∶1和外坡比10∶1的桥台构造是比较合理的, 有利于改善桥台受力, 减小桥台前墙与侧墙交汇处的应力值;按独立墙计算侧墙主动土压力时, 应考虑土体滑动面是否受到另一侧墙的限制;进一步提出了在前墙、侧墙交汇处增设倒角、侧墙与前墙增设钢筋混凝土圈梁的构造措施和设计方法, 供设计者参考使用。

摘要：U型桥台是公路桥梁下部结构常用的构造, 在工程实践中, 常常出现开裂, 依据规范的有关条文, 给出了常用桥台的构造内坡比的建议值, 给出了侧墙滑动面受限制的土压力公式, 进一步提出了改善桥台受力和减小变形的设计方法。

关键词：U型桥台,构造型式,土压力计算,设计建议

参考文献

[1]JTG D61-2005, 公路圬工桥涵设计规范[S].

[2]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].

U型桥台 第4篇

关键词：重力式U型桥台,有限元分析,非线性,开裂

1 前言

在桥梁建设中, 大体积的重力式U型桥台经常被采用, 而很多桥台在施工中或投入使用后不久便出现开裂现象, 经调查发现, 裂缝大多出现在前墙与长侧墙交汇处附近, 因此, 探究造成桥台开裂的主要原因, 已经成为一个亟需解决的问题。

针对传统方法的局限性, 本文中采用非线性有限元理论, 利用大型有限元软件Ansys对各种尺寸的重力式U型桥台进行模拟分析, 研究导致桥台开裂的原因。

2 桥台模型的建立

土体与混凝土是两种非线性材料, 但由于混凝土的刚度比土体大的多, 为了简化模型, 方便计算, 台身混凝土视为线弹性材料, 土体仍按非线性材料模拟, 土体与混凝土之间采用接触分析。

利用有限元软件Ansys对桥台进行仿真模拟, 具体参数选取如下:台内填土是服从DP屈服准则的非线性材料, 采用solid45单元进行模拟, 扫掠网格划分;台身混凝土采用solid65单元模拟, 映射网格划分, 桥台有限元计算模型图见图1。台内填土与桥台之间采用非线性接触分析, 接触单元为3D面接触单元CONTA174和TARGET170。接触单位模型图见图2。

汽车荷载将换算成等代土层, 转换公式为$\text{h}=\frac{{\displaystyle \sum \text{Q}}}{\text{B}\text{l}{}_0\text{r}}$, 上部恒载以集中力的形式平均作用到台帽各结点上。

3 重力式U型桥台开裂分析

3.1 不同斜交角的重力式U型桥台模拟分析

拟定桥台前、侧墙内坡为1∶2.94, 高度12m, 宽度及长侧墙长度均为20m, 斜交角度α从60°逐渐增加到90°, 每隔10°取一个桥台, 共4个桥台模型。

由应力云图可以看出, 无论斜交角如何变化, 最大第一主应力始终出现在前墙与侧墙交汇的锐角处内侧 (以α=70°为例) , 如图3。

分别提取锐角和钝角交汇处的第一主应力值, 绘制第一主应力变化图。由图4、图5可以看出:

(1) 在锐角一侧, 不同斜交角的桥台的最大主应力值相差不大, 只是出现位置随着斜交角的增大不断上移。

(2) 在钝角一侧, 随着斜交角度的增大, 桥台最大第一主应力值有了显著的提高。

3.2 不同高度的重力式U型桥台的模拟分析

拟定模型都为60°斜交角, 前、侧墙内坡1∶2.94的重力式U型桥台。模型共分两组:

(1) 桥台宽20m, 长侧墙20m, 短侧墙8.45m, 桥台高度从10m逐渐增加到20m, 每增加2m选取一个桥台, 共6个模型。

(2) 桥台宽25m, 长侧墙20m, 短侧墙8.45m, 桥台高度仍然从10m逐渐增加至20m, 每2m取一个桥台, 共6个模型。总计12个桥台模型。

从主应力云图上可以直接看出, 桥台最大主应力值出现在前墙与长侧墙交汇处内侧 (以B=20m, H=12m为例) , 如图6。

分别提取B=20m、B=25m不同高度桥台的最大第一主应力值, 绘制变化图, 如图7。

大体积的重力式U型桥台, 台身材料大多采用15号或20号片石混凝土, 公路砖石及混凝土桥涵设计规范中规定, 15号、20号片石混凝土的抗弯拉强度分别为0.6MPa和0.66MPa, 如果震捣均匀, 极限强度可增加15%, 两种标号的片石混凝土极限强度分别可达0.69MPa和0.76MPa。若台身材料为15号片石混凝土, 桥台宽度为20m、25m时, 当其高度超过10m, 桥台最大第一主应力值将大于片石混凝土的极限抗弯拉强度, 根据第一强度理论, 桥台前墙与长侧墙交汇处内侧将会出现不同程度的开裂破坏。

3.3 不同宽度的重力式U型桥台的模拟分析

拟定模型都为60°斜交角, 前、侧墙内坡1∶2.94的重力式U型桥台。模型共分两组:

(1) 桥台高10m, 长侧墙宽度20m, 桥台宽度从14m逐渐增加到26m, 每增加4m选取一个桥台, 共4个模型。

(2) 桥台高15m, 长侧墙宽度20m, 桥台宽度从14m逐渐增加至26m, 每增加4m选取一个桥台, 共4个模型。总计8个桥台模型。

从主应力云图上可以直接看出, 桥台最大主应力值仍然出现在前墙与长侧墙交汇处内侧 (以B=18m, H=10m为例) , 如图8。

分别提取H=10m、H=15m不同宽度桥台的最大第一主应力值, 绘制变化图, 如图9。

从图9中可以看出:随着桥台宽度的增加, 相同高度的桥台最大主应力值不断增大, 但其增长幅度不大。若台身材料为15号片石混凝土, 当H=10m时, 桥台宽度从14m变化到26m, 最大主应力值增长速度大概为0.008MPa/m, 桥台宽度达到26m的最大主应力值为0.70MPa, 近似等于台身材料的极限抗弯拉强度0.69MPa, 所以, H≤10m, B≤26m时, 斜交桥台基本上不会出现开裂现象。当H=15m时, 斜交桥台宽度从14m增加到26m时, 桥台最大主拉应力值在不断的增大, 都远超过0.69MPa, 结合主应力图, 前墙与长侧墙交汇处内侧高大部分区域都会出现开裂现象。

4 结论

利用大型有限元软件Ansys对不同斜交角度和不同尺寸的多组重力式U型桥台进行有限元模拟计算得出以下结论:

(1) 从应力云图上可以很直观的看出, 无论桥台的尺寸如何, 最大第一主应力值始终出现在桥台前墙与长侧墙交汇处的内侧, 这是由于该区域存在应力集中, 桥台开裂也是从这一区域开始的。

(2) 斜交角度对桥台锐角交汇处内侧主应力值影响不大, 但是随着钝角侧交汇角度的增大, 该侧主应力值不断降低, 因此, 在桥台加固改进上, 可以尝试采用在锐角侧增设倒角, 达到降低锐角内侧主应力值的目的。

(3) 保持桥台宽度不变, 桥台高度增加时, 桥台最大第一主应力值不断增长, 且增长速度较快。

(4) 保持桥台高度不变, 桥台宽度变化时, 桥台最大第一主应力值随着桥台宽度的增加略有所增长, 增长幅度不大。

(5) 综合第3点和第4点来看, 桥台的高度变化对桥台最大第一主应力值影响很大。桥台承受土压力、汽车荷载以及上部恒载作用, 当桥台高度不断增长, 汽车荷载和上部恒载保持不变, 而土压力会随桥台高度的增加而迅速增长, 导致锐角交汇处内侧产生较大的主拉应力, 当最大主拉应力值超过台身材料的极限抗拉强度时, 桥台便会出现开裂, 因此, 可以说台后巨大的土压力作用是导致重力式U型桥台在锐角侧附近出现开裂现象的主要原因。

参考文献

[1]JTG D61-2005, 公路圬工桥涵设计规范[S].

[2]JTJ024-85, 公路砖石及混凝土桥涵设计规范[S].

[3]浙江省交通厅公路管理局.桥梁墩台[M].人民交通出版社.1978.9.

[4]小飒工作室.最新经典Ansys及W orkbench教程.电子工业出版社.2004.6.

U型桥台 第5篇

桥头跳车是指在桥梁与路基交界处由于桥台与路堤的沉降不一致,而导致桥头处出现错台,致使车辆行驶在这一位置时,产生颠簸、跳跃的现象。一旦产生桥头跳车现象,会产生很多不利的问题,特别是在高速公路上,会产生很严重的后果。例如对行车安全和舒适度会有影响;由跳车产生的水平和垂直冲击力会对路面、路基和桥梁结构物产生进一步的损坏;跳车时的冲击力会对车辆产生不利反力。

当桥头产生跳车现象时,需花费大量的人力、物力和财力去维修养护,同时也会产生不良的社会影响,所以在桥头处需要采取比较有效的方法来避免或减轻桥头沉降。

1 造成桥头沉降的主要原因

1.1 桥台与路基间的刚度差异

桥台属于刚性结构,沉降很小,而路基都属于柔性的,在车辆的交变荷载作用下,不但会产生弹性变形,而且随着时间的积累会产生较大的不可恢复的塑性变形,从而导致桥头跳车。

1.2 地基下沉

主要表现在地基土质不良而造成的地基沉陷,这种由于地基土质不良原因造成的路基沉降会比较大,桥头跳车现象很严重。

1.3 路堤压缩沉降

一般情况下,路桥过渡段的施工是在桥涵与路基施工之后进行的。由于台腔内的施工作业面狭小,不可避免地造成此段压实度不足,甚至存在压实盲区,不能将填料颗粒间孔隙完全消除,在车辆荷载和自身重力作用下,填料迅速压缩,造成跳车。

1.4 施工措施不当

一些施工队盲目追求高速度,没有严格按施工规程作业。例如没有做严格的地基处理,对台背填料不加选择和没有把好质量关,压实度没有达到要求等等。这些人为因素使高填土引道不稳定,工后沉降大,且不均匀。

2 采用整体式钢筋混凝土板解决桥头沉降问题

2.1 加固原理

本方法主要用于出现桥头跳车的U型桥台处。具体做法是在U型桥台顶面增设一块整体式钢筋混凝土盖板,整体盖板的三边分别支撑在桥台的前墙和两个侧墙上。这样做的目的是:

1)将活载的竖向力直接传递到前墙和两侧墙上,减小过往车辆荷载对台腔填土的压力,减轻台后沉陷。

2)整块的盖板能防止雨水渗入台腔。

3)对约束侧墙外移、变形起到一定作用。

2.2 施工工艺

施工一般顺序为:开挖台后填土→凿除侧墙→台后回填土处理→垫层→安装模板→铺设沥青油毡基层→绑扎盖板钢筋→混凝土摊铺与振捣→整修表面→养护。

1)开挖台后填土。

施工前应中断交通,做好安全措施。然后开挖台后填土,开挖时应注意保证桥台的稳定,且不应在雨天施工。开挖后填土顶面标高应低于凿除侧墙后侧墙顶标高。

2)凿侧墙。

在桥面标高已经确定的情况下,凿除一定高度的侧墙(凿除侧墙的高度要根据混凝土板的厚度和桥面标高确定)。由于大部分U型桥台侧墙采用的是浆砌块石制成,一般情况下最好凿除较多的侧墙,而在原侧墙上建新的钢筋混凝土侧墙,以增强侧墙的抗压强度和保证侧墙顶的平整性。在新浇筑的混凝土侧墙上预埋钢筋,用来和整体式钢筋混凝土板内钢筋连接,使得整体式混凝土板桥台形成整体,增强桥台的横向刚度和稳定性,还可以避免整体式混凝土板在车辆荷载作用下产生振动。凿侧墙时,要控制好侧墙的整体稳定,不要扰动需凿除侧墙的下面部分。

3)台腔处理。

加盖板前,应检查台腔的填料的性质,主要观测填料类别、是否压实,必要时应挖除原有填料,换成模量比较大、容易压实且透水性的材料,例如石灰土、级配碎石、砂粒等。也可采用轻质路基填料如气泡混合轻质土、泡沫聚苯乙烯、粉煤灰等。然后铺筑一层10cm～15cm厚的素混凝土做垫层。铺筑素混凝土垫层前,根据桥面标高推算出素混凝土垫层的标高,然后再推算台腔填土顶的标高。素混凝土垫层顶标高应与凿除侧墙后的侧墙顶标高相同。

4)浇筑整体式盖板。

待素混凝土达到设计强度值时,可以浇筑整体式盖板,浇筑前,应严格按照设计要求确定盖板的尺寸,然后才能搭设钢筋网,钢筋网间搭接要牢固。

5)架模板。

模板应按照盖板的尺寸选定,要求模板平整,有一定的刚度,不易变形。模板间应连接牢固,不得有缝隙。

6)浇筑混凝土。

浇筑混凝土时应匀速浇筑,避免混凝土离析现象发生。振捣时,要保证振捣速度和时间,避免过振现象。

7)养护。

养护时间不得少于14d。

2.3 施工注意事项

1)在施工前,应根据桥台的尺寸确定整体式钢筋混凝土盖板的厚度,然后根据桥面标高计算需要凿除侧墙的高度。

2)施工时应检测桥台填料,主要观测填料类别、是否压实,必要时应挖除原有填料,换成模量比较大、容易压实且透水性的材料,例如石灰土、级配碎石、砂粒等。也可采用轻质路基填料如气泡混合轻质土、泡沫聚苯乙烯、粉煤灰等。

3)若对台背换填材料时,应严格按照设计和规范要求施工。

4)在设置盖板的同时,应注意材料的选择。整体式钢筋混凝土盖板的混凝土标号宜与桥面铺装的标号相同。盖板的混凝土施工一般采用就地浇筑,盖板宽度与桥台同宽。

3 现浇整体式混凝土盖板法加固U型桥台实例

3.1 桥梁概况

石岗大桥的桥台为钢筋混凝土明挖扩大基础配浆砌片石U型台身,两岸桥台宽度均为1 230cm。该桥两桥台处病害主要表现在:

1)南岸桥台的前墙及左、右侧墙均存在较宽较长的裂缝;北岸桥台情况较好,仅在右侧墙台顶处有一条裂缝。

2)台后路面。台后路面纵横向凹凸不平,且明显下沉,最低处沉陷达50mm以上。

3.2 加固设计要点

1)对两岸桥台的前墙及左、右侧墙采用裂缝修补法和外包钢筋混凝土法加固。

2)在台顶现浇25cm厚整体式钢筋混凝土盖板,并与桥台连接形成整体。其下台腔范围内设置一层15cm厚15号混凝土垫层。

3.3 加固施工要点

1)对桥台裂缝采用灌注环氧树脂砂浆修补以前,应对各裂缝表面进行清洁。2)浇筑混凝土前,应对桥台新老混凝土接触面进行拉毛,清洗干净,并使接触面充分湿润,以增强混凝土与桥台前、侧墙的粘结性。3)浇筑整体式钢筋混凝土盖板下贫混凝土垫层前,应对填土采用小型机械进行夯实,压实度应达到设计要求。

4 其他处理桥头沉降的方法

4.1 设置桥头钢筋混凝土搭板

在桥头设置钢筋混凝土搭板是防治桥头跳车的一项主要辅助措施。搭板的一端支承在台背上,用锚栓固定,另一端可直接置于路面基层上,有时也在板下设枕梁。这种处理方法的主要缺点在于:由于实际施工中搭板长度都较短,设置桥头搭板对于较大的差异沉降起不到较大的作用效果,且易在枕梁处发生局部下沉造成二次跳车,重交通荷载作用下搭板有可能折断。

4.2 修建加筋土路堤结构

通过土工格栅加筋来处理桥头跳车的做法是:在台后路基中分层埋设加筋材料。其不但能将台后路基与桥台交界处的台阶式沉降变为连续的斜坡式沉降,还能减小路堤下沉。但是,土工格栅作为一种平面结构,对路基刚度的提高作用不大,对土体侧向变形的限制也很有限,而且对填料的要求比较高,更重要的是土工格栅消化的只是部分的路基压缩变形,不能消化由于地基沉降所产生的变形量,因而不能从根本上解决桥头跳车现象。

4.3 铺筑土工格室柔性搭板

土工格室柔性搭板是相应于钢筋混凝土搭板而言的,它采用上长下短的楔形分层布置形式,相对于土工格栅来说,其为立体加筋结构,对土体不但有水平摩擦作用,且有竖向摩擦作用,其作用机理为利用土工格室孔眼对土的锁定及加筋补强作用,加大土体的摩擦,从而约束土体的侧向移动和沉降,有效阻止土体的位移,提高其稳定性,这样减小了桥台混凝土与台后填料的变形差。其不但减小了路堤压缩沉降,还减小了地基沉降。

4.4 严格控制桥头路堤的压实度

在地基稳定的情况下,桥头沉降往往是由于台后填土沉降引起。若能严格控制桥头路堤的压实度,使得道路在使用过程中不至于由于各种原因造成路堤发生较大的沉降。所以,提高压实度标准有利于减小变形量桥台与路堤衔接处产生差异沉降。

4.5 选择优质路堤填料与轻质路堤

台背一定范围内采用模量比较大、容易压实的材料进行换填,例如石灰土、级配碎石、砂粒等,也可采用轻质路基填料如气泡混合轻质土、泡沫聚苯乙烯、粉煤灰等。通过换填可以大为减小路基的压缩变形,但换填材料往往造价偏高,从而加大工程投资。

5 结语

桥头跳车的预防、治理以及施工质量控制是一项长期而艰巨的工作。采用整体式钢筋混凝土盖板加固桥台,不仅可以解决桥台填土沉降问题,还可以增加桥台的横向刚度和抗倾覆性,且造价不高,施工难度也不大,是一项值得推广并应用的加固技术。

参考文献

拉筋法加固U形桥台的数值分析 第6篇

随着国内高速公路建设的历史步伐,越来越多的结构物进入了维修期。当高速公路进入到丘陵区和微丘区,为满足高速公路平纵面设计要求,造就了一大批位于地势较低的桥梁,从而出现了较多的高桥台。一些U形桥台宽度和高度都远远超过标准图提供的参考数据,而当时设计的U形桥台通用图的高度在8 m以下,宽度在12 m之内,难以满足实际设计需要。通过对已建桥台的调查表明,高度H≤8 m,宽度B≤12 m的U形桥台运营状况良好,而填土高度大于8 m或宽度大于15 m的桥台其侧墙有不同程度的开裂,破坏U形桥台的整体性。特别是较高较宽的U形桥台普遍存在桥台前墙中部以及前墙与侧墙隅角处开裂的问题。

2 常用加固方法[1]

针对已修建好的桥台如出现开裂现象,一般采取拆除部分砌体,挖出部分台背回填土,做钢筋混凝土拉杆(梁)来对拉侧墙加固。从工程加固效果看,桥台稳定,没有新的裂缝产生,原有的裂缝有不同程度的闭合,达到了加固的目的。但这种方法必须中断交通,挖出的填料再回填时不宜密实,容易出现不均匀沉陷,而且在侧墙、前墙内开挖出槽口难度很大。如果采用钢拉杆或预应力钢绞线拉筋,是在侧墙的两端,采用水平钻孔的办法,张拉钢筋或预应力钢筋。这种方法的优点在于不影响日常的交通,也不需要开挖桥面,施工成本低,加固效果好。

3 拉筋法加固U形桥台数值分析

3.1 U形桥台的计算特点及方法

计算重力式桥台所考虑的荷载与重力式桥墩计算中基本一样,不同的是,对于桥台尚要考虑车辆荷载引起的土侧压力,而不需计纵、横向风力,流水压力,冰压力,船只或漂浮物的撞击力等。其次,桥台的强度、偏心距和稳定性的验算也与桥墩基本相同,但只做顺桥方向的验算。当验算基础顶面的台身砌体强度时,如桥台截面的各部分尺寸满足规范有关规定,则应把桥台的侧墙和前墙作为整体来考虑受力,否则,台身应按独立的挡土墙计算。

3.2 建模

3.2.1 桥台本构模型的选取[2]

在本文中,桥台(片石混凝土砌体)单元采用四面体常应变单元,并假定片石混凝土砌体是一种均匀的材料,采用单一的本构关系来表示材料特性。又由于片石混凝土砌体的非线性相对土体比较,显得很不明显。此外,桥台片石混凝土砌体的强度远远地要比四周土体的强度高得多。因此,把桥台看作是线弹性的匀质等效材料是可行的。其本构关系为:{σ}=[D]{ε}。其中,[D]为片石混凝土砌体线弹性本构矩阵。

3.2.2 桥台模型的建立

桥台模型取高30 m,宽30 m,侧墙长16 m。两侧墙采用钢绞线拉筋对拉。根据侧墙高度h,假定侧墙在(1/10～2/3)h范围内的填料和路面上车辆荷载引起的水平土压力全部由拉筋承受,为确定拉筋布置的最佳位置,拉筋位置分别取距桥台顶面3 m,5 m,7 m,9 m,11 m,13 m,15 m,17 m,19 m处。根据计算结果,选用高强预应力钢绞线,每束拉筋设3根,张拉300 kN的预应力,即每根钢绞线张拉100 kN。每排拉筋束数由侧墙长度及正截面抗剪要求确定。桥台模型见图1(在实际设计与施工中,考虑到墙体采用片石结构,为改善其受力,在桥台两侧浇筑钢筋混凝土垫梁)。

3.3 计算结果分析

3.3.1 加固前后,桥台最大主应力值变化情况

从表1可以看出,当桥台两侧墙对拉拉筋后,隅角处主应力值明显减小,且其最大主应力值的位置略有下降。加固前,隅角处最大主拉应力值为1.85 MPa,侧墙翼尾墙踵处最大主拉应力为1.42 MPa;加固后,桥台前、侧墙隅角处与侧墙翼尾墙踵处的最大主拉应力值均呈下降趋势。同时,由表1可见,随着拉筋的增多,隅角处的应力值呈下降趋势。

3.3.2 加固前后,桥台变形情况

由表2可见,加固后侧墙翼尾顶端(即桥台最大位移处)的位移值比加固前的值明显降低了。值得注意的是,桥台前墙的变化规律并非如此。加固前,以拉筋位置在距侧墙顶3 m处为例,桥台的最大位移值从0.377 cm降到0.327 cm,减幅为13%。前墙的最大位移值(前墙中部)为0.221 cm,加固后,前墙的最大位移值为0.385 cm,比加固前竟增大了74.2%,该值甚至超过了侧墙尾端顶部的最大变形值。造成桥台前墙如此变化的原因是当桥台两侧墙对拉预应力钢绞线拉筋时,远离拉筋的前墙,特别是前墙中部,由于受到两侧墙的牵制以及自身刚度的影响,最终导致前墙呈凸状。这一点值得今后加固或设计中重视。

3.4拉筋位置的选择

对于每个桥台模型,拉筋位置均从距侧墙顶3 m或2 m开始布置,以每2 m的速度竖直向下增加拉筋排数,直至桥台1/3 H处。限于篇幅,计算过程略。计算结果表明:1)当最低拉筋位置从距侧墙顶3 m处(2/3 H)开始逐渐降低后,各个桥台隅角处最大主拉应力基本上呈线性递减,侧墙尾端墙踵处应力减幅也较大。2)侧墙尾部顶端位移也得到了有效控制。考虑到实际工程的可操作性,经济合理性,模型中将拉筋的最低位置布置在桥台1/3 H处。因此,拉筋布置的最佳位置应结合桥台尺寸,桥台所处地质条件等,在2/3 H～1/3 H范围内选取。鉴于目前高宽桥台较多,建议可将拉筋布置在桥台的1/2 H处左右。

4结语

1)当桥台较宽或较高时,桥台前、侧墙隅角处受力最为不利,主要是受到前墙、侧墙土压力影响,在隅角处形成了一个合力,容易出现开裂。2)拉筋法加固已开裂桥台不受桥台高度的限制:施工时无需开挖台内填料,不影响正常交通,加固时间短,效果好因此,拉筋法是一种值得推广的加固方法。3)拉筋布置的最佳位置应结合桥台尺寸,桥台所处地质条件等,在2/3 H～1/3 H范围内选取。鉴于目前高宽桥台较多,建议可将拉筋布置在桥台的1/2 H处左右。

参考文献

[1]刘景生,汪为奇.U形桥台病害分析及对策[J].华东公路,2000(2):40-42.

[2]孟凡中.弹塑性有限变形理论和有限元法[M].北京:人民出版社,1985.

[3]JTJ D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4]JTJ 022-1985,公路砖石及混凝土桥涵设计规范[S].