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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：重慶交通大學土木工程學院		點擊數(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
(重慶交通大學土木工程學院， 重慶400074)
中圖分類號：U45 文獻標識碼：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
架橋為例，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。
可為同類工程的設計與施工提供技術借鑒及理論參考。
關鍵詞：新建匝道橋；既有高架橋；數(shù)值模型；影響
1引言
隨著我國經濟盼決速發(fā)展，交通基礎設施的建設也加快了步伐，在各級路網不斷
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的獨塔斜拉橋擴建工程為背景，研究新建橋梁受鄰近既有橋梁
影響的規(guī)律，研究結果表明既有橋梁對新建橋梁在施工和成橋運營階段可能會產生十
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
新建的某匝道橋為一系列墩梁固結的箱梁橋，既有的某高架橋為等跨簡支小
箱梁橋。兩橋在匝道橋的1#一5#橋墩附近進行拼接，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生水平位移可能導致既有
樁身產生附加彎矩、應力和位移，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模型計算條件
(1)計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
倫屈服準則。其材料參數(shù)主要包括材料的粘聚力c和內摩擦角 等。
(2)計算采用的巖土力學參數(shù)參照勘察建議值及規(guī)范進行選取，見表1。
表1材料物理力學參數(shù)表
(3)模型邊界條件：底邊為豎向位移約束，兩側為水平法向位移約束，模型
頂面為自由面。
(4)荷載：a、巖土與結構自重通過有限元軟件根據輸入的巖土及結構的材
料容重自動計算。b、外部荷載，高架橋為簡支體系，其支點反力容易得到；匝道
橋存在一系列的墩梁固結，其墩頂內力通過MIDASCivil模型計算所得，模擬范圍
內各個橋墩計算荷載見表2。
表2各個橋墩計算荷載
3．2有限元模型
通過分析結構物之間的相互影響關系，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。模型包括巖土結構、樁基墩柱結構、橋墩墩頂荷
載等。巖土結構、樁基墩柱結構均以三維實體單元模擬，橋墩墩頂荷載通過將橋
墩墩頂單元面節(jié)點固結于位于截面質心的一個節(jié)點上，再將所有荷載按實際添加
到該節(jié)點上的方式來模擬。網格劃分遵循受力關鍵部位網格密，非關鍵部分逐漸
稀疏的網格劃分原則進行。模型進行了初始狀態(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計算結果
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)計見表3。
表3各階段高架橋l#橋墩墩頂位移值統(tǒng)計表
從上述表格數(shù)據可見，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計算結論
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
工和運營對高架橋橋墩墩頂產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，影響上部結構受力。新建匝道橋橋墩施工和運營引
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。又由于高架橋上部結構為一系列簡支梁，為靜定結構體系，結構受附加位移
影響較小，因此認為新建匝道橋不會影響高架橋的安全。
4結論
由于樁基開挖使附近圍巖產生應力重分布，附近基巖因卸載而隆起，造成了
臨近既有橋墩產生了一系列的位移，同樣在成橋施工過程中及運營階段，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，應做好實時監(jiān)控量測，控制好J臨近既有橋
梁上部結構及墩柱傾斜變形，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采用人工成
孔，并加強樁 L護壁，避免塌 L和過大的巖土體振動給『臨近既有結構帶來危險。
參考文獻
[1]范么清．新建橋梁對既有橋梁的影響計算IJ]．城市道橋與防
洪．2009．(08)：82—85+252．
[2]張洪澤，郭溫平．新建橋梁施工對鄰近既有專線橋梁的影響[J】_經營管理
者，2016，(25)：438
【3]郭震山，孟曉亮，周奇，朱樂東．既有橋梁對鄰近新建橋梁三分力系數(shù)的氣動
干擾效應[J1．工程力學，2010，(O9)：181-186+200．

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