钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土叠合柱式桥墩受力性能分析
曾彦1 , 曾勇2 , 赵顺波1
( 1. 华北水利水电学院土木与交通学院, 河南郑州450011;
2. 河南世纪博通工程咨询有限公司, 河南郑州450008)
摘要: 为减小桥墩阻水面积, 跨南水北调中线工程主干渠的大油村北桥2 号墩墩身采用圆形钢管混凝土叠
合柱。采用有限元法进行计算分析, 研究叠合柱钢管壁厚与轴向应力比率、弯曲应力比率、抗剪应力比率和组合应
力比率、荷载下位移及自振周期等因素的影响规律。结果表明, 叠合柱能以较小的直径满足既定承载能力的要求,
比普通混凝土桩柱式结构具有更好的经济性和抗震性能。
关键词: 桥墩; 钢管混凝土结构; 叠合柱; 承载力; 抗震; 有限元法
中图分类号: U443. 22 文献标志码: A 文章编号: 1671- 7767( 2010) 02- 0052- 03
收稿日期5
作者简介曾彦( ), 女, 讲师, 年毕业于武汉理工大学公路与城市道路专业, 工学学士, 5 年毕业于武汉理工大学道路与铁道
工程专业, 工学硕士( zy 6@ ) 。
1 引言
钢管混凝土叠合柱是由中部钢管混凝土和钢管
外钢筋混凝土叠合而成的组合截面构件。在钢管内
灌注微膨胀混凝土, 以其自身膨胀抵消混凝土的收
缩, 且由于钢管的约束还能产生一定的压应力, 使内
填混凝土处于三向受压状态, 从而改善混凝土的强
度性能, 使钢管混凝土叠合柱具有承载力高、塑性和
抗震性能好的优点。
将钢管混凝土叠合柱应用于桥梁下部结构中,
与常用的桩柱式结构比较, 具有如下特点:
( 1) 与相同断面、荷载的钢筋混凝土柱比较, 用
钢量要少; 钢管混凝土提高了构件的抗剪能力, 容易
实现强剪弱弯。
( 2) 具有良好的延性性能, 在动荷载尤其是地
震荷载作用下能通过自身变形耗散能量, 阻滞或延
缓桥梁结构的破坏。
( 3) 整体施工进度较快, 柱内钢筋绑扎和定位
精度高。
( 4) 可以明显地减小柱断面面积, 混凝土用量
则随之减少, 结构自重减轻, 建设能耗降低。
以跨越河北省永年县段内南水北调中线工程主
干渠的大油村北桥为例, 分析钢管混凝土叠合柱式
桥墩的受力性能。
2 工程概况
大油村北桥位于南水北调中线工程主干渠河北
省永年县段内, 连接S211 省道。跨越主干渠的大油
村北桥上部结构选用( 35+ 2 40+ 35) m 变截面预
应力混凝土连续箱梁, 标准桥面宽13 m。箱梁跨中
梁高1. 50 m、支墩处梁高2. 50 m。下部结构中0
号、4 号桥台采用肋板式结构, 1 号、3 号墩采用桩接
承台双柱式桥墩, 柱高5 m, 2 号墩采用桩接承台独
柱式桥墩, 柱高8. 5 m。
该桥荷载等级为公路- 级, 桥梁纵断面位于
R= 8 000 m、T = 240 m、E = 3. 6 m 凸形竖曲线, 变
坡点设于桥梁中点桩号处。为与原有道路顺畅连
接, 桥梁中心线与渠道水流方向夹角为26! 。桥梁
立面布置示意见图1。
图1 大油村北桥立面布置示意
为满足水利部门严格要求的桥梁墩柱阻水面积
不超过过水断面面积5% 的规定, 渠底2 号墩避开
桥梁常规设计中多用的钢筋混凝土柱, 而考虑采用
相同承载力要求下可明显减小柱断面面积的钢管混
凝土叠合柱, 其构造示意见图2。
3 桥墩截面承载力计算
采用大型通用有限元计算软件MIDAS/ Civil
2006 建立全桥模型, 见图3。桥梁上部结构采用空
间梁单元模拟, 共划分为152 个单元, 1 号、3 号墩均