一種整體式橋臺橋梁的簡化設計施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橋梁工程領域，尤其涉及一種采用粧基礎整體式橋臺橋梁的簡化設計施工方法。
【背景技術】
[0002]橋梁的伸縮縫是為了適應橋梁伸縮變形的需要而在上部結構設置的間隙，橋梁伸縮裝置是為使車輛平穩通過橋面并滿足橋梁上部結構變形的需要，在伸縮縫處設置的由橡膠或鋼材等組成的各種裝置的總稱。對于交通管理部門而言，橋梁伸縮裝置的存在會帶來許多維護上的問題。近年來，隨著我國經濟建設的迅猛發展，橋梁伸縮縫的破壞現象也日益嚴重。對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而提出，取消中、小橋梁的伸縮裝置，梁體的變形通過構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、設計和建造已經引起了人們越來越多的興趣，在世界許多國家都得到了應用和發展。其中，整體式橋臺橋梁是目前世界各國應用最廣，研宄最多的無伸縮縫橋梁。整體式橋臺橋梁的上部結構和下部結構被澆筑成整體，這使得主梁的任何一個微小的伸縮變形都將影響橋臺、臺下柔性粧基礎、臺后填土以及粧側土的受力和變形，而下部結構、地基土也將限制梁體的伸縮變形，這就使得整體式橋臺橋梁的受力分析存在著許多的不確定性和復雜性，給其推廣應用帶來了很大的困難，基本上是依賴于經驗和不完整的技術文獻，還沒有從根本上解決設計理論計算分析和施工方法。
【發明內容】
[0004]本發明的發明目的在于解決上述技術問題，提供一種采用粧基礎整體式橋臺橋梁的簡化設計施工方法。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為:
1)采用作用在橋臺上的土壓力合力來考慮臺后填土對橋臺的作用，并通過等代長度的粧基礎來考慮粧側地基土與粧基礎的相互作用，在此基礎上提出整體式橋臺橋梁在使用階段的三維框架簡化計算模型；
2)考慮臺后填土對橋臺的非線性作用以及上部結構、橋臺和臺后填土對粧基礎的等代粧長的影響，采用臺后土彈簧單元、粧側土彈簧單元分別模擬臺后填土和粧側地基土的作用，提出計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型和計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型，完善三維框架簡化計算模型；
3)在給定的荷載工況作用下，采用計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型進行分析計算得到臺后土彈簧對橋臺的作用力，將它們與臺后作用的靜止土壓力進行迭加得到臺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，通過不斷調整計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型中粧基礎的長度得到該荷載工況下的等代粧長； 5)計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型和計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型配合整體式橋臺橋梁在使用階段的三維框架簡化計算模型，采用橋梁設計軟件對橋臺采用粧基礎的整體式橋臺橋梁進行設計計算；
6)根據步驟5)中的設計計算結果進行施工，依次包括粧基施工，橋臺施工，在臺頂設置臨時支座，在臨時支座上架設主梁，澆筑接頭混凝土，將主梁和橋臺澆注成整體，形成整體式橋臺橋梁。
[0006]其中，計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型和計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型采用NCHRP 土壓力系數曲線確定臺后土彈簧單元的剛度。
[0007]計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型和計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型采用“m”法來確定粧側土彈簧單元的剛度。
[0008]由于NCHRP 土壓力系數曲線僅適用于砂性土，因此，臺后填土要求采用砂性土。
[0009]另外，橋臺粧基礎要求具有一定的柔度，橋臺的粧基礎在粧頂范圍內要求采用比粧身尺寸大I米以上的預鉆孔，并在該范圍內的粧側填入松散砂性土，具體范圍根據計算結果確定。
[0010]本發明的有益效果為:運用上述三維框架的簡化計算模型，可采用國內現有的橋梁設計軟件對橋臺采用粧基礎的整體式橋臺橋梁進行設計計算，結合提出的施工方法，為整體式橋臺橋梁在工程實際中的推廣應用提供依據。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例中提出的用于整體式橋臺橋梁設計計算時采用的三維框架簡化計算模型；其中圖1a為立面示意圖，圖1b為空間示意圖；
圖2為本發明實施例中提出的用于計算整體式橋臺橋梁的臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型；
圖3為本發明實施例中提出的用于計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型；
圖4為本發明實施例中提出的用于模擬臺后填土對橋臺的作用所采用的美國公路合作研宄計劃(Nat1nal Cooperative Highway Research Program, NCHRP)給出的土壓力系數曲線圖；
圖5為本發明實施例中提出的計算粧基礎等代粧長和臺后土壓力的計算流程圖；
圖6為本發明實施例中提出的橋臺與主梁和粧基礎連接處的簡化模型；其中圖6a為立面不意圖，圖6b為側面不意圖；
圖7為本發明實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為側面不意圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0014]對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0015]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明，請一并參閱附圖:
本發明提供一種采用粧基礎整體式橋臺橋梁的簡化設計施工方法，采用的技術方案為:
I)采用作用在橋臺上的土壓力合力來考慮臺后填土對橋臺的作用，并通過等代長度的粧基礎來考慮粧側地基土與粧基礎的相互作用，在此基礎上提出整體式橋臺橋梁在使用階段的三維框架簡化計算模型，該三維框架簡化計算模型如圖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，進一步示出了橫梁單元9，蓋梁單元10，虛橫梁單元11和構造單元12。圖1a和圖1b所示的三維框架簡化計算模型把臺后填土對結構的作用簡化為作用在橋臺上的土壓力合力來考慮，把粧側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-框架模型來計算。
[0016]2)考慮臺后填土對橋臺的非線性作用以及上部結構、橋臺和臺后填土對粧基礎的等代粧長的影響，采用臺后土彈簧單元、粧側土彈簧單元分別模擬臺后填土和粧側地基土的作用，提出計算整體式橋臺橋梁的臺后土壓力和粧基礎等代粧長的計算模型，完善三維框架簡化計算模型；這里的計算整體式橋臺橋梁的臺后土壓力和粧基礎等代粧長的計算模型如圖2和圖3所示，以兩跨為例，圖2示出了用于計算整體式橋臺橋梁臺后土壓力的二維彈簧框架計算模型，在圖2中，示出了主梁單元1，粧基礎單元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，橋臺單元7，臺后土彈簧單元21和粧側土彈簧單元22。圖3示出了用于計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型，在圖3中，示出了主梁單元1，粧基礎單元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，橋臺單元7，粧底固接或鉸接8和臺后土彈簧單元21。在計算整體式橋臺橋梁粧基礎等代粧長的二維彈簧框架計算模型中，橋臺粧基礎和粧側土的作用則用等代長度的粧基礎代替(簡稱等代粧長)，即當外力作用下，實