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1、*大桥高墩计算分析报告一、工程概况本桥平面位于直线上，桥面横坡为双向2%，纵断面纵坡1.6%。原桥设计左幅中 心桩号为K64+375.850,共2联（3-40） + （3-40）m；右幅中心桩号为K64+355.650,共 2联（3-40） + （4-40）m。上部结构采用预应力砼（后张）T梁，先简支后连续。下部结构 0、6（左幅）、7（右幅）号桥台采用U台接桩基，0 （右幅）号桥台采用U台接扩大基础,2、3、4（左幅）、3、4、5（右幅）号桥墩采用空心墩接桩基,其余桥墩采用柱式墩接桩 基础。由于施工过程中，施工单位将 2、3、4（左幅）、3、4、5（右幅）号桥墩改为圆柱 墩接桩基础，且桩基础
2、已于2011年5月终孔。本次对其高墩进行计算分析。主要分析结论：1、墩顶纵桥向有约束时，失稳安全系数Y =1091,墩身稳定性安全。2、墩顶纵桥向无约束时，失稳安全系数Y =4.29,安全系数偏小。本次分析报 告提出以下两个方案：方案一：将现有变更D=23m圆柱式墩改为2.3*2.3m方柱式墩，以桩帽相接， 失稳安全系数Y=697,安全性得到提高。方案二：对本桥进行重新分联，左幅分为三联：40+ （4*40） +40m，右幅分为三 联：2*40+ （4*40） +40m，将高墩全部固结，以达到稳定性要求。从安全性方面考虑，本次分析推荐方案二。3、施工阶段、使用阶段桥梁墩柱结构验算安全。4、施工
3、阶段裸墩状态受到顺桥向风荷载对墩身最不利。建议在施工过程中对墩 顶施加水平方向的约束（具体的操作措施可在墩顶设置浪风索，防止墩身在风荷载作 用下发生过大的位移）保证墩身的结构安全。5、根据原桥桥型图3号墩中风化板岩顶部高程236.12 ，而设计变更文件左幅3 号墩墩底高程235.2，左幅4号墩墩底高程237.5，右幅5号墩墩底高程238等，设 计为嵌岩桩，请注意桩底高程的控制。6、本次分析墩身砼按C40考虑，请注意修改相关变更图纸。以下将对本桥高墩稳定以及结构安全性做详细分析：高墩屈曲安全性分析原桥设计左幅中心桩号为K64+375.850,共2联（3-40） + （3-40）m,上部结构采用预
4、应力砼（后张）T梁，先简支后连续。陳4和图1、*大桥左幅立面本桥原桥左幅 2,3,4 号桥墩为薄壁墩,根据变更文件 2,4 号墩实测墩高分别为46.1m和44.8m且与下构固结，3号墩为过度墩墩高45.9m,非固结。图2、*大桥右幅立面本桥原桥右幅中心桩号为K64+355.650，共2联（3-40） + （4-40）m。上部结构采用 预应力砼（后张）T梁，先简支后连续，其中3,4，5号桥墩为薄壁墩，根据变更文件 4,5号墩实测墩高分别为45.9m和44.3m且与下构固结，3号墩为过度墩墩高45.8m, 非固结。本次计算先按原薄壁墩变更为直径D=2.3m圆柱墩，分别对最高固结墩左幅2号 墩（46
5、.1m）和最高非固结墩左幅3号（45.9m）墩按实测墩高进行计算，在midas 里面建立空间杆系模型进行屈曲稳定性分析获得临界集中力，按两种不同的约束条件 （墩顶在纵桥向有约束和无约束）分别进行分析（由于变更图纸中出现墩柱两种混凝 土型式C30, C40,为偏安全设计本次分析按C40考虑）。图3、圆柱有限元模型1、左幅2号墩顶在纵桥向有约束、墩身砼采用40砼，墩高461mA 墩顶恒载：双孔梁自重：P1=8603.2KN帽梁自重：P2=1039.2KN桥面二期荷载：P3=1053.6KN墩顶恒载：P4=8603.2+1039.2+1053.6=10696B 墩顶活载：(根据本次设计的部颁 T 梁
6、上构通用图说明)P5=3637KN墩顶纵向约束考虑约束转动，不约束纵向位移。C40墩顶有约束Midas计算结果项目第失稳模态第二失稳模态第二失稳模态墩顶横载(kN)1696墩顶活载(KN)363736373637计算结果43.00171.5285.7换算为墩顶荷载(kN)2.21039142.5失稳模态动态文件名有约束1.avi有约束2.avi有约束3.avi结果描述(动态模型详见 midas 相关失稳模态动态附件)： 根据计算显示：第二、三阶失稳临界力均比第一阶大。根据以上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载 为P=14333kN；出现第一阶失稳的安全系数为Y =
7、156373/14333=10.91。计算结果显 示墩身稳定性较为安全。2、3号墩顶在纵桥向无约束、墩身砼采用40砼，墩高459mA 墩顶恒载：双孔梁自重：P1=7121.2KN帽梁自重：P2=1039.2KN桥面二期荷载：P3=1053.6KN墩顶恒载：P4=8603.2+1039.2+1053.6=9214KNB 墩顶活载：(根据本次设计的部颁 T 梁上构通用图说明)P5=4688KNC40墩顶无约束Midas计算结果项目第一失稳模态第二失稳模态第三失稳模态墩顶横载(kN)921492149214墩顶活载(KN)468846884688计算结果12.7102.3241.7换算为墩顶荷载(k
8、N)59639.6479896.01133152.0失稳模态动画文件名无约束_l.avi无约束_2.avi无约束_3.avi结果描述(动态模型详见 midas 相关失稳模态动态附件)：根据计算显示：第一阶的临界荷载仅为第二阶临界荷载的 0.13 倍。这里按第一 阶临界荷载验算墩身稳定性。根据以上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载 为P=13902kN；出现第一阶失稳的安全系数为Y =59639.6/13902=4.29。失稳时墩顶 发生纵桥向位移达 1.0m。此模型为墩顶无纵桥向约束，适用于过渡墩设滑板式支座处(左右幅均为 3 号桥 墩)。由于此模型安全系数较小，
9、本次分析做如下建议：方案一：将现有变更2.3m圆柱式墩型式改为2.3*2.3m方柱式墩。方案二：对本桥进行重新分联，左幅分为三联：40+ (4*40) +40m,其中第一联 和第三联上构均为简支 T 梁，第二联为先简支后连续 T 梁；右幅分为三联：2*40+ (4*40) +40m,中第一联和第三联上构均为简支T梁，第二联为先简支后连续T 梁，以达到稳定性要求。由于按方案二重新分联后所有高墩均为固结，按墩顶有纵向约束安全系数来看， 所有高墩(含左幅 2,3,4 和右幅 3,4,5 号桥墩)稳定性均较为安全。故以下仅对本次 建议方案二进行分析论证，既 3 号墩变更为 2.3*2.3m 方柱式墩屈
10、曲稳定安全性进行 分析3、将3号墩改为方墩2.3mX23m计算其屈曲稳定图4、方柱有限元模型方柱墩顶无约束 Midas 计算结果项目第一失稳模态第一失稳模态第二失稳模态墩顶横载(kN)921492149214墩顶活载(KN)468846884688计算结果20.67163.3289.3换算为墩顶荷载(kN)96896.9765722.161356418.1失稳模态动画文件名无约束_1.avi无约束_2.avi无约束_3.avi结果描述(动态模型详见 midas 相关失稳模态动态附件)：根据计算显示：第一阶的临界荷载仅为第二阶临界荷载的 0.12 倍。这里按第一 阶临界荷载验算墩身稳定性。根据以
11、上分析及帽梁计算的结果，40mT梁上构自重及汽车作用到墩帽顶的荷载 为P=13902kN；出现第一阶失稳的安全系数为Y =96896.9/13902=6.97。计算结果显 示墩身稳定性较为安全。从安全性角度考虑，本次设计推荐方案二，对本桥进行重新分联。三、对结构安全性进行验算（按2. 3mX23m方墩、D=2.3m圆柱墩分别验算）1、按施工阶段最不利组合验算墩身结构安全性按施工阶段考虑最不利情况为架桥机过孔将要结束时。此时单孔T梁已经架设完 成、架桥机的自重作用在梁端墩顶处；作用荷载为单孔T梁自重的一半、架桥机全部 自重，两者之和。偏心矩为临时支座（或滑板支座）距墩中心线的距离。荷载：A： T
12、 梁自重 3406KN,e=0.65m，考虑施工偏差 5cm，e=0.70mo N=3406KN,M=3406*0.7=2384.2kn.mB：架桥机荷载：中心支点891,距桥墩中心1.5m （通过临时支撑传递到帽梁上）, N=890KN，M=890*0.7=623 kn.mC：桥墩+帽梁自重：N=2*2.3*2.3*46*26+1039=13692.7KN, M=0D：风载:F=208.19KN, M=208.19*46/2=5412.9 kn.m合计：N=3406+890+13692.7=17988.68KNM=2384.2+623+5412.9=8420.1 kn.mE0=M/N=0.4
13、68mL0=46.2*2=92.4 （考虑墩底固结，墩顶自由）按偏压构件计算配筋,。裂缝计算按照JTG D60-2004第6.4.3条：30 + dW C C C （）fk 1 2 3 E 0.28 +10ps裂缝宽度：0.076mm 根据以上的分析结果可知桥墩在施工阶段安全可靠。同理计算D=2.3m圆柱墩按70 32配筋满足规范要求，裂缝宽度：0.069mm。2、按使用阶段最不利组合验算墩身结构安全性 、桥墩集成刚度计算假定1、一联桥中，仅计算桥墩的受力，不考虑过渡墩与桥台的受力。2、偏安全考虑，汽车制动力的分配按照三个中墩的集成刚度分配。3、主梁的收缩徐变折成降温计算，降温温度取30C。4
14、、为取得最大水平力，温度变化须与收缩徐变变化一致，升温不控制设计，升温水平力不做计算。故由温度变化引起的水平力，仅考虑降温引起，降温温度取25C。6、4,5，6号桥墩为固结墩。 、桥墩集成刚度计算1、桥墩几何参数计算桥墩几何参数位置边长或 直径墩高面积A墩惯矩mmmm44#墩2.346.210.582.335#墩2.346.210.582.336#墩1.8215.10.72、桥墩抗推刚度计算按照规范计算抗推刚度时，混凝土的抗弯弹性模量取抗压弹性模量的0.8倍，桥墩抗推刚度按照下式计算,即：3 x 0.8EIP =dH 3其中：E-混凝土弹性模量，C30混凝土，E=3X104MPa；H-桥墩高度桥墩抗推刚度位置抗推刚度KN/m4#墩1594.15#墩1594,16#墩2616.43、桥墩集成刚度计算桥墩与支座串联，桥墩的集成刚度按照下式计算,即P .Pd zP +pdz由于4,5， 6号墩均为固结，本次设计集成刚度按桥墩刚度考虑。 、桥墩墩顶水平力计算1、一联桥梁变形零点计算变形零点按照下式计算,即工KLX = j乙K其中：C收缩系数，计算中按照混凝土收缩+徐变+降温取55C, C=1E-5X 55=0.00055；KL -桥墩抗推刚度与桥墩距桥台距离的乘积；ii卩R -桥台摩擦系数与上部结构竖直反力的乘积，如为滑板支座，取0。 由以上参数可计算得到：X=8
