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基于MidasGTS的新建橋梁對既有橋梁安全影響分析

文檔作者：付士航文檔來源：重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月18日
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Roads and Bridges道路橋梁27●
基于Midas／GT S的新建橋梁
對既有橋梁安全影響分析
付士航
(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶400074)
中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號1007-6344(201 7)08-0027-01
摘要：新建橋梁與既有橋梁距離較近時，新建橋梁及其基礎(chǔ)必然會影響既有橋梁的安全。本文以某新建匝道橋與其臨近既有高
架橋?yàn)槔?，通過Midas GTS建立了三維有限元數(shù)值模型，探討了新建匝道橋的樁基開挖與成橋階段對其臨近既有高架橋的影響。
可為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)借鑒及理論參考。
關(guān)鍵詞：新建匝道橋；既有高架橋；數(shù)值模型；影響
1引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)盼決速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也加快了步伐，在各級路網(wǎng)不斷
加密的過程中，出現(xiàn)了大量的新建線路與既有線路交叉、并行的情況。在既有橋梁的
附近新建橋梁，新建橋梁的施工與運(yùn)營必然會對既有橋梁造成一定的影響 ，。郭震山
以某一主跨310m的獨(dú)塔斜拉橋擴(kuò)建工程為背景，研究新建橋梁受鄰近既有橋梁
影響的規(guī)律，研究結(jié)果表明既有橋梁對新建橋梁在施工和成橋運(yùn)營階段可能會產(chǎn)生十
分顯著的影響。本文依托某靠近既有橋梁的新建橋梁施工項(xiàng)目，通過有限元分析軟件
Midas GTS建立了三維數(shù)值模型，分析新建橋梁的樁基開挖與成橋階段對臨近既有橋
梁造成的影響，為以后類似工程提供了一定的理論參考。
2概況
新建的某匝道橋?yàn)橐幌盗卸樟汗探Y(jié)的箱梁橋，既有的某高架橋?yàn)榈瓤绾喼?
箱梁橋。兩橋在匝道橋的1#一5#橋墩附近進(jìn)行拼接，匝道橋的2#樁基與高架橋l#
樁基凈距最小為7．05m。匝道橋樁基的開挖使鄰近土體產(chǎn)生水平位移可能導(dǎo)致既有
樁身產(chǎn)生附加彎矩、應(yīng)力和位移，故其樁基成孔施工可能影響鄰近的既有高架橋
橋墩樁基的穩(wěn)定性；此外，在運(yùn)營階段，由于新建的匝道橋上部荷載通過樁基傳
至地基巖土后的擴(kuò)散作用，匝道橋樁基可能影響鄰近既有高架橋橋墩樁基的受力
安全。
3有限元數(shù)值模擬
3．1模型計(jì)算條件
(1)計(jì)算模型將巖土視為各向同性的理想彈性一塑性材料，并采用莫爾一庫
倫屈服準(zhǔn)則。其材料參數(shù)主要包括材料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角 等。
(2)計(jì)算采用的巖土力學(xué)參數(shù)參照勘察建議值及規(guī)范進(jìn)行選取，見表1。
表1材料物理力學(xué)參數(shù)表
(3)模型邊界條件：底邊為豎向位移約束，兩側(cè)為水平法向位移約束，模型
頂面為自由面。
(4)荷載：a、巖土與結(jié)構(gòu)自重通過有限元軟件根據(jù)輸入的巖土及結(jié)構(gòu)的材
料容重自動計(jì)算。b、外部荷載，高架橋?yàn)楹喼w系，其支點(diǎn)反力容易得到；匝道
橋存在一系列的墩梁固結(jié)，其墩頂內(nèi)力通過MIDASCivil模型計(jì)算所得，模擬范圍
內(nèi)各個橋墩計(jì)算荷載見表2。
表2各個橋墩計(jì)算荷載
3．2有限元模型
通過分析結(jié)構(gòu)物之間的相互影響關(guān)系，選取匝道橋l#～3#墩對鄰近高架橋l#
墩影響范圍來建立有限元模型。模型包括巖土結(jié)構(gòu)、樁基墩柱結(jié)構(gòu)、橋墩墩頂荷
載等。巖土結(jié)構(gòu)、樁基墩柱結(jié)構(gòu)均以三維實(shí)體單元模擬，橋墩墩頂荷載通過將橋
墩墩頂單元面節(jié)點(diǎn)固結(jié)于位于截面質(zhì)心的一個節(jié)點(diǎn)上，再將所有荷載按實(shí)際添加
到該節(jié)點(diǎn)上的方式來模擬。網(wǎng)格劃分遵循受力關(guān)鍵部位網(wǎng)格密，非關(guān)鍵部分逐漸
稀疏的網(wǎng)格劃分原則進(jìn)行。模型進(jìn)行了初始狀態(tài)一樁基開挖一成橋階段的工況模
擬。有限元模型如圖l所示：
圖1有限元模型
3．3計(jì)算結(jié)果
在有限元模擬匝道橋施工對高架橋影響的過程中，各施工階段高架橋1#橋墩
墩頂最大位移值統(tǒng)計(jì)見表3。
表3各階段高架橋l#橋墩墩頂位移值統(tǒng)計(jì)表
從上述表格數(shù)據(jù)可見，新建匝道橋引起既有高架橋橋墩墩頂最大水平位移為
0 12mm，最大豎向位移為1．Omm。
3．4計(jì)算結(jié)論
橋墩過大的墩頂水平位移將引起橋墩傾斜，影響橋墩穩(wěn)定性。匝道橋橋墩施
工和運(yùn)營對高架橋橋墩墩頂產(chǎn)生的最大水平位移為0．12mm，相對較小。橋墩過大
的豎向位移將引起支座沉降，影響上部結(jié)構(gòu)受力。新建匝道橋橋墩施工和運(yùn)營引
起既有高架橋橋墩墩頂最大豎向位移1．Omm，處于支座安裝高程偏差限值±5mm以
內(nèi)。又由于高架橋上部結(jié)構(gòu)為一系列簡支梁，為靜定結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)受附加位移
影響較小，因此認(rèn)為新建匝道橋不會影響高架橋的安全。
4結(jié)論
由于樁基開挖使附近圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重分布，附近基巖因卸載而隆起，造成了
臨近既有橋墩產(chǎn)生了一系列的位移，同樣在成橋施工過程中及運(yùn)營階段，由于新
建的匝道橋上部荷載通過樁基傳至地基巖土后的擴(kuò)散作用，臨近既有橋墩也會受
到一定的影響。因此，在施工過程中，應(yīng)做好實(shí)時監(jiān)控量測，控制好J臨近既有橋
梁上部結(jié)構(gòu)及墩柱傾斜變形，監(jiān)測對比施工前、施工中及施工后一段時間內(nèi)橋墩
的位移變化情況。在條件允許的情況下，臨近既有橋墩的樁孔施工應(yīng)采用人工成
孔，并加強(qiáng)樁 L護(hù)壁，避免塌 L和過大的巖土體振動給『臨近既有結(jié)構(gòu)帶來危險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)
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洪．2009．(08)：82—85+252．
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干擾效應(yīng)[J1．工程力學(xué)，2010，(O9)：181-186+200．

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