新建公用設(shè)施對臨近市政橋梁影響的數(shù)值分析

鄭　濤，蔣超越

(重慶交通大學(xué)，重慶　400074)

新建公用設(shè)施對臨近市政橋梁影響的數(shù)值分析

鄭濤，蔣超越

(重慶交通大學(xué)，重慶400074)

鄭濤(1989—)，男，在讀研究生，研究方向：橋梁檢測與加固。

摘要：擬建公廁位于某立交上跨橋正下方，為保證公廁施工期間橋梁的安全，需要分析并確定其對橋墩的影響程度。文章以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，針對該工程的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，采用ABAQUS對新建公廁臨近橋梁地段的施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬，定量預(yù)測施工對既有橋梁的影響程度，并提出針對性的技術(shù)保障方案，給類似施工提供參考。

關(guān)鍵詞：新建設(shè)施；既有市政橋梁；施工影響；數(shù)值分析

0引言

隨著城市建設(shè)的不斷進(jìn)展，市政設(shè)施在原有的設(shè)計(jì)中考慮不足，以及社會新增功能需求，需要在既有建筑旁新建市政設(shè)施。在建設(shè)中會遇到各種各樣的不可避免的問題，如下穿一些建筑物，上行一些建筑物，臨近既有地鐵、橋梁及其他建筑物，這些問題必須克服才能在保證既有建筑物的安全下發(fā)揮新建公用設(shè)施的作用。

本文主要以某高架橋下新建公廁為例，研究新建公廁施工對臨近橋梁工程的影響。研究關(guān)鍵為預(yù)測橋墩墩頂位移值，并針對性提出施工保證措施，減少對臨近橋梁的影響。

1工程概況

1.1　工程背景

擬修建的公廁設(shè)計(jì)為一層，占地61.69 m2，內(nèi)外墻結(jié)構(gòu)為240 mm厚的頁巖磚墻體。公廁上方為高架橋，其為3×30 m+﹙2×32+2×30)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。針對公廁的修建對現(xiàn)狀地形地貌的改變，分析其對附近的上跨橋橋墩的影響。擬修建公廁見圖1。

圖1　擬修建公廁剖面圖

1.2　地質(zhì)情況

通過參考橋梁竣工資料的地質(zhì)說明，查明巖土的空間分布從上向下分布為填筑土、強(qiáng)風(fēng)化亞粘土層、弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層。取最不利參數(shù)作為有限元計(jì)算的參數(shù)取值，地層分布及其計(jì)算參數(shù)見表1。

表1　地層分布及計(jì)算參數(shù)表

1.3　水文情況

擬建場地地勢較高，并且有一定的道路縱坡，有利于地表水和地下水的徑流、排泄，沿線除有城市排水通道以外，無其他地表水體。場區(qū)內(nèi)地下水主要賦存在地表松散土層及基巖淺層風(fēng)化裂隙和層間裂隙中，以第四系孔隙水和淺層基巖裂隙水的形式存在。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，場區(qū)內(nèi)砂巖露頭處均沒有發(fā)現(xiàn)地下水滲出。道路沿線為Ⅲ類水環(huán)境類型，地下水對構(gòu)筑物無腐蝕性。

2數(shù)值模擬分析

2.1　風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

公廁的修建對該上跨橋現(xiàn)狀的影響主要有兩點(diǎn)，分別是：(1)公廁在修建過程中對橋墩附近的地面進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，引起上跨橋橋墩的位移；(2)公廁在修建完成后，對橋墩附近的地面進(jìn)行了大面積加載，引起上跨橋橋墩的位移。

2.2　模擬參數(shù)及荷載的確定

計(jì)算模型采用ABAQUS通用有限元軟件建模，程序使用“生死”單元的方法實(shí)現(xiàn)基坑開挖、回填和結(jié)構(gòu)物的修建。巖、土體材料的屈服條件采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則。計(jì)算范圍內(nèi)的巖土體及橋墩結(jié)構(gòu)均采用CPE8R單元，即八結(jié)點(diǎn)雙向二次平面應(yīng)變四邊形減縮積分單元進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算荷載選取結(jié)構(gòu)自重，橋墩墩頂荷載，公廁自重對地面施加豎向荷載參與計(jì)算，其中墩頂荷載取值4 989 kN，公廁自重2 231.7 kN。

計(jì)算模型的底面約束豎直方向Y方向的自由度，側(cè)面約束側(cè)向X方向的自由度，地表為自由面。

2.3　分析結(jié)果

根據(jù)擬建區(qū)域地質(zhì)剖面，建立二維有限元計(jì)算模型，計(jì)算各個(gè)工況對橋墩的影響。并依次模擬計(jì)算，得到橋墩在以下三個(gè)工況下的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力，并以此進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性評價(jià)。

工況一：施工前初始狀態(tài)模擬(圖2~4)

圖2　初始狀態(tài)總位移云圖

圖3　初始狀態(tài)橋墩水平位移云圖

圖4　初始狀態(tài)橋墩豎向位移云圖

工況二：基坑開挖后狀態(tài)模擬(圖5~7)

圖5　開挖后總位移云圖

圖6　開挖后橋墩水平位移云圖

圖7　開挖后橋墩豎向位移云圖

工況三：公廁竣工后狀態(tài)模擬(圖8~10)

圖8　公廁竣工后總位移云圖

圖9　公廁竣工后橋墩水平位移云圖

圖10　公廁竣工后橋墩豎向位移云圖

由圖2~10平面有限元計(jì)算結(jié)果可以總結(jié)出橋墩墩頂受公廁施工的影響而產(chǎn)生的位移情況(見表2)。

表2　橋墩墩頂位移匯總表(單位：mm)

從模擬分析的結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

(1)公廁在修建過程中，引起橋墩的最大水平位移為0.073 mm，方向?yàn)?號墩向公廁方向偏移；最大豎向位移為0.005 mm，方向?yàn)?號墩豎直向上偏移。

(2)在修建完成后，引起橋墩的最大水平位移為-0.251 mm，方向?yàn)?號墩遠(yuǎn)離公廁方向偏移；最大豎向位移為-0.023 mm，方向?yàn)?號墩豎直向下偏移。

3施工及使用注意事項(xiàng)

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，在施工及使用過程中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

(1)公廁在修建期間，應(yīng)對附近橋梁、橋墩及道路路面進(jìn)行變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形過大等異常情況，應(yīng)及時(shí)找出原因并處理。

(2)公廁基坑開挖回填后應(yīng)注意及時(shí)夯實(shí)，以減小對橋墩的影響。

(3)公廁在施工過程中應(yīng)確保附近管道等設(shè)施無側(cè)漏，不會發(fā)生爆炸的情況。在使用過程中不滲漏。

4結(jié)語

本文針對具體的施工圖紙及方案，建立了新修公廁與臨近橋墩的整體模型，模擬了公廁從修建到使用的過程中對橋墩的影響，得出了該過程中橋墩的位移數(shù)值。本次分析在建立計(jì)算模型時(shí)是將墩頂當(dāng)作自由端，而在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，墩頂與梁底的支座之間會有一定的摩擦約束，上部結(jié)構(gòu)之間也有相互作用，如要得到更精確的位移影響，應(yīng)作進(jìn)一步分析。

參考文獻(xiàn)

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Numerical Analysis on the Impact of New Utilities on Nearby Municipal Bridges

ZHENG Tao，JIANG Chao-yue

(Chongqing Jiaotong University，Chongqing，400074)

Abstract：The proposed public toilets is located just below the overpass of a crossroad bridge，so in order to ensure the safety of the bridge during the construction of this public toilet，it is required to ana-lyze and determine its impact on the piers.Based on the design，and regarding the characteristics and current status of this project，this article used the ABAQUS for the numerical simulation on the construc-tion process of nearby bridge areas for this new public toilet，quantitatively predicted the impact degree of construction on existing bridges，and proposed the targeted technical support programs，thereby providing the reference for similar construction.

Key Words：New facilities；Existing municipal bridges；Construction impact：Numerical analysis

收稿日期：2015-02-06

文章編號：1673-4874(2015)02-0030-04

中圖分類號：U448.15

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.008

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