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桥墩承台对高架桥下路面不均匀沉降的影响

更新时间:2009-03-28

近年来,建设高架桥成为改善交通状况的有效措施。在高架桥运营过程中,桥下路面大量出现不均匀沉降,严重影响交通通行,同时还存在诸多安全隐患。路面不均匀沉降引起路基整体性变差,路基整体或部分下沉,路面开裂破坏,导致行车舒适度降低,阻碍车速,影响交通流量[1-2]。因此,分析和研究承台对高架桥下桥墩间路面不均匀沉降的影响,并提出合理化的建议是十分必要的。

1 数值分析模型的建立

为了更准确地模拟高架桥下桥墩间的路面变形情况,建立三维模型进行有限元分析,模型中的高架桥桥墩采用单墩形式,整个模型中共有3跨,每跨的跨度30 m,桥墩高15 m,承台的高度为3 m,承台下的桩基长45 m,高架桥下的路面宽度为40 m。

在后期制作过程中,技术人员还应对动接动、静接动与动接静等进行控制,才能保证后期的完整性。所谓的动接动主要指上下两个镜头运动方向一致,将上一个镜头的结尾和下一个镜头的开端进行衔接。还可以将两个运动方向一致或者运动方向相似的镜头从中间部分进行衔接,此种方式属于一种特殊的动接动方式,特意展现两个镜头之间的对立;也可以将两个运动方向相反的镜头进行衔接。

在开放式编码的基础上,发现不同的副范畴之间确实存在一定的内在联系,可进一步提炼出5个主范畴,分别是创新型机会、模仿型机会、手段导向型拼凑模式、社会网络型拼凑模式以及初创企业绩效。各主范畴及对应的副范畴如表3所示。

为简化数值分析模型,省去桥面板,将桥面板上的荷载等效施加在桥墩上,采用midas GTS NX有限元分析软件进行模拟分析,数值分析模型见图1。

  

图1 数值分析模型

1.1 材料本构关系

3) 随着承台的埋深增加,承台周围的路面和道路两侧的路面的沉降值均增大,但二者的沉降差值有略微降低的趋势,当承台埋深在1.85~2.35 m时,路面的沉降差降低较明显,但整体变化不明显。

将其中特征数值汇总如表4所示。

1.2 计算参数的选取

该模型中具体的参数见表1和表2。

 

表1 土体计算参数表

  

类别h/mγ/(kN·m-3)E50ref/MPaEoedref/MPaEurref/MPaμe0nφ/(°)c/kPa杂填土517.04.54.513.50.350.30.3188黏土 1317.788240.350.40.21224粉土 1417.71515450.330.30.22115粉细砂1019.488240.300.250.3331砂岩 2321.875752250.200.50.335400

注:h-厚度;γ-重度;E50ref-三轴试验割线模量;Eoedref-主压密加载试验的切线模量;Eurref-卸载再加载模量;μ-泊松比;e0-初始孔隙比;n-孔隙率;φ-内摩擦角;c-黏聚力。

 

表2 结构构件的计算参数表

  

类别厚(高)度/m重度/(kN·m-3)泊松比/μ弹性模量/GPa面层0.227.00.353.00基层0.6526.00.254.50垫层1.026.00.300.84桥墩15.025.00.2031.50承台3.025.00.2031.50桩基45.025.00.2033.50

2 承台埋深H对路面不均匀沉降的影响

采用上述的模型及计算参数进行建模模拟,采用的承台埋深是以路面面层为基准进行计算[3],模型的埋深分别为H=0.2,0.85,1.35,1.85,2.35,2.85 m。计算中坐标轴方向规定如下:X方向为水平方向,且垂直于行车方向,将其定义为道路的横向方向;Y方向为另外一个水平方向,且平行于行车方向,将其定义为道路的纵向方向;Z方向为竖直方向,以竖直向上为正。

2.1 横向路面沉降变化

不同承台埋深时路面沉降横向剖面云图略,将其中特征数值汇总如表3所示。

 

表3 不同承台埋深下横向路面沉降值汇总表

  

沉降/mm承台埋深/m0.20.851.351.852.352.85承台沉降深度7.37.47.57.67.47.4承台周围路面沉降深度8.18.59.010.424.525.4路面边缘沉降深82.384.284.684.091.595.7横向路面沉降差74.275.775.673.667.070.3

由表6可见,当路面弹性模量增加时,承台的沉降值逐渐增大,但数值增加不大。而且相对于纵向路面的沉降值,承台的沉降值变化基本可以忽略不计。

1) 道路在承台处相对凸起,在道路两侧相对凹陷。

2) 当承台的埋深深度不同时,承台的沉降值都很小,数值相差不大,相对于路面的沉降值,承台的沉降值变化可以忽略不计。

那时,中国正处于改革开放初期,发展相对落后,各项经济建设事业蓄势待发,而同一时期的日本物流已经从理念过渡到实践。

1) 地基土。采用midas GTS NX中所提供的修正莫尔-库伦本构模型,适用于各种类型的地基,特别适用于像砂土或混凝土类具有摩擦特性的材料。

2.2 纵向路面沉降变化

承台不同埋深下,路面沉降纵向剖面云图略。

2) 路面结构层、高架桥承重构件。采用弹性材料模型,这种模型适用于小应变分析,能够在一定的简化条件下模拟结构层的力学性质,通过弹性模量、泊松比、重度等参数来定义材料属性。

 

表4 不同承台埋深下纵向路面沉降值汇总表

  

沉降/mm承台埋深/m0.20.851.351.852.352.85承台沉降深度7.37.47.47.67.47.5承台周围路面沉降深度7.48.49.816.939.539.3跨中路面沉降深度55.957.655.155.173.372.5路面沉降差48.549.245.338.233.833.2

由表4可见,当承台的埋深深度不同时,承台的沉降值都很小,数值相差不大,相对于路面的沉降值,承台的沉降值变化可以忽略不计。

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图2 路面沉降差与承台埋深关系图

根据图2中的变化趋势可以看出。

1) 随着承台埋深增加,路面沉降差逐渐减小。

2) 当承台的埋深小于1 m时,随着承台埋深增加,路面沉降差的递减变化不明显。

3) 当承台埋深在1~2.5 m时,随着承台埋深增加,路面沉降差递减变化显著,差值减小幅度较大。

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4) 当承台埋深超过2.5 m时,随着承台埋深增加,路面沉降差递减变化不明显。

3 承台与路面的相对刚度K对路面不均匀沉降的影响

3.1 承台与路面的相对刚度K

路面的刚度是指道路在车辆荷载作用下,受力影响范围内,路面沉降变形区域的抗变形能力。沿着路面横向或纵向分析,路面不同区域,路面与公路构筑物之间的刚度差异十分明显,在同一外力的反复作用下,路面产生不同的变形量,必然会引起非常明显的沉降差异,导致路面破坏,无法保持其正常使用功能[3]

桥涵结构物一般采用钢筋混凝土结构,具有较大的刚性,不易发生沉降和变形。但是对于铺筑在高架桥承台附近处的路面而言,一般采用沥青混凝土等材料铺筑,属于半刚性或柔性结构,容易产生压缩沉降。当高架桥建成,桥下路面通车后,随着时间的推移和车辆及自身重力荷载的影响,路面及高架桥承台处的填土密实度增大,孔隙率降低,结构层之间被压缩,而桥梁承台由于本身的刚度大,因此产生的沉降变形相对于桥下路面小很多,可以忽略不计[4]。久而久之,当路面与承台的相对沉降差超过一定程度时,沥青混凝土路面就会出现沉降或断裂,两者之间形成错台,便会在承台附近处出现“跳车”现象[5-6]

一般认为,“刚度”就是物体在外力作用下抵抗变形的能力,是物体在外力作用下应力-应变关系的表征,在工程上一般采用弹性模量来衡量结构或构件的刚度。为减小承台与路面的相对刚度,采取增加路面刚度方式进行模拟分析。模型中承台的埋深取2.35 m,路面的弹性模量分别取3,5,10,15,20,25 GPa。

所有患者均定期来院复查,定期检查血、尿常规及肝、肾功能等,每3个月检查1次膀胱镜,随访时间为2年,同时对患者的各种不良反应进行详细记录。若复查时发现可疑或复发病变,即膀胱镜下取活检病理检查以明确有无术后肿瘤复发及肿瘤恶性程度进展。肿瘤复发定义为病理活检证实有膀胱肿瘤病灶。肿瘤进展定义为复发时肿瘤分期或肿瘤级别较术前增加。

3.2 横向路面沉降变化

图3为不同路面弹性模量时,路面沉降横向剖面云图。

  

图3 不同路面弹性模量下路面沉降横向剖面云图

由图3可见,道路在承台处相对凸起,在道路两侧相对凹陷。随着路面的弹性模量的增加,承台周围的路面沉降变化不大,但是道路两侧的路面的沉降值均逐渐降低,二者的沉降差值减小较明显。将特征点处沉降数值汇总如表5所示。

人在30多岁时,天赋已经定型,这时应当谈的是努力。天赋好比发射出去的子弹,射多远取决于它的能量,但总有下降的时候。

 

表5 不同弹性模量下横向路面沉降值汇总表

  

沉降/mm弹性模量/GPa3510152025承台沉降深度7.47.47.87.98.18.1承台周围路面沉降深度24.525.221.921.421.024.6路面边缘沉降深度91.591.883.680.577.924.7横向路面沉降差67.066.661.759.156.950.1

由表5可见,当路面的弹性模量变化时,承台的沉降值都很小,数值相差不大,相对于横向路面的沉降值,承台的沉降值变化可以忽略不计。

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由图4可见:

1) 随着路面弹性模量的增加,横向路面的沉降差逐渐减小。

2) 当路面的弹性模量小于5 GPa时,随着路面的弹性模量的增加,横向路面的沉降差的递减变化不明显。

单一结构水平(unistructural level):采用一种分析方法,且过程无误.或采用两种或两种以上的分析方法,试图得到一种结果,但存在错误.如:从空气的污染情况看,乌市有一天是“轻度污染”,故昆明空气质量较好.

将表5中的横向路面沉降差的数值绘制成曲线图,如图4所示。

  

图4 横向路面沉降差与弹性模量关系图

3) 当路面的弹性模量在5~15 GPa时,随着路面的弹性模量的增加,横向路面的沉降差递减变化显著,递减的速率较大,差值减小幅度也较大。

4) 当路面的弹性模量超过15 GPa时,横向路面的沉降差的递减速率逐渐减小,但是横向路面的沉降差值仍在减小。

3.3 纵向路面沉降变化

图5为不同路面弹性模量时,路面沉降纵向剖面云图。

将表4中的路面沉降差的数值点画成曲线图,如图2所示。

  

图5 不同路面弹性模量下路面沉降纵向剖面云图

由图5可见,随着路面的弹性模量增加,路面的“波浪形”变化幅度削弱,即表明路面的沉降差值逐渐减小,同时道路的整体沉降值也在减小。将图特征点处沉降数值汇总如表6所示。

 

表6 不同弹性模量时纵向路面沉降值汇总表

  

沉降/mm弹性模量/GPa3510152025承台沉降深度7.47.57.98.18.28.2承台周围路面沉降深度39.541.233.532.231.132.1跨中路面沉降深度73.374.858.652.750.448.7纵向路面沉降差33.833.627.920.519.316.6

由表3可见:

将表6中的纵向路面沉降差的数值点绘制曲线图,如图6所示。

江苏省地处“一带一路”和长江经济带的交汇点,社会经济发展水平较高,有丰富的旅游资源,体育产业规模逐步扩大,体育锻炼的人口比例逐步提高,具备发展体育小镇的资源条件。

观察组副反应率10.34%(6/58),低于对照组的27.59%(16/58)(P<0.05)。见表2。

  

图6 纵向路面沉降差与弹性模量的关系图

由图6可见:

1) 随着路面弹性模量的增加,纵向路面的沉降差逐渐减小,而且纵向路面沉降差的数值小于横向路面沉降差的数值。

2) 当路面的弹性模量小于5 GPa,随着路面弹性模量的增加,纵向路面的沉降差的递减变化不明显。

3) 当路面的弹性模量在5~15 GPa时,随着路面弹性模量的增加,纵向路面的沉降差递减变化显著,递减的速率较大,差值减小幅度也较大。

4) 当路面的弹性模量超过15 GPa时,纵向路面沉降差的递减速率逐渐减小,但路面的沉降差值仍在减小。

4 结语

利用midas GTS NX建立高架桥与地基路面的三维模型进行有限元计算,承台对路面不均匀沉降的影响主要表现在以下两方面。

1) 当承台的埋深小于1 m时,随着承台的埋深增加,路面沉降差逐渐减小,但减小的幅度不明显。当承台的埋深在1~2.5 m时,随着承台的埋深增加,路面的沉降差也逐渐减小,并且减小幅度较大。当承台的埋深超过2.5 m时,随着承台的埋深增加,路面的沉降差逐渐减小,但减小的幅度也不明显。

2) 路面的沉降差随路面弹性模量的增加而递减,当路面弹性模型小于5 GPa,路面的沉降差的递减变化不明显。当路面的弹性模量在5~15 GPa时,道路的沉降差递减变化显著,递减的速率较大,差值减小幅度也较大。当路面弹性模量超过15 GPa时,道路沉降差的递减速率逐渐减小,但沉降差值仍在减小。

变速箱 ..............................................................6速手动

3) 为减小路面的沉降差和节约施工成本,根据具体工程概况,可将承台的埋深控制在1~2.5 m内。

4) 减小承台与路面的相对刚度,即提高路面的刚度可有效减小路面的沉降差,针对此因素,可采用混凝土刚性路面以减小路面的沉降差。

参考文献

[1] 杨友国.公路桥梁沉降段路基路面的施工技术研究[J].黑龙江交通科技,2013(8):77-78.

[2] 张宏光,谢永利.楔形柔性搭板模型试验[J].长安大学学报(自然科学版),2005,25(3):54-57.

[3] 钱坤,尹新生,朱珊.上部结构刚度对地基不均匀沉降的影响与分析[J].吉林建筑大学学报,2009,26(3):11-14.

[4] 俞永华.路桥过渡段差异沉降处治技术研究[D].西安:长安大学,2004.

[5] 邓育林,雷凡,何雄君,等.承台结构形式变化对大跨斜拉桥抗震性能的影响分析[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2013,37(4):839-842.

[6] 牛思胜.黄土地区台后跳车柔性搭板处治技术研究[D].西安:长安大学,2006.

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张玉,张峰,肖昊,郑立斐
《交通科技》 2018年第02期
《交通科技》2018年第02期文献

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