赵 锋
(长沙公路总段,长沙市,410007)
【摘 要】 107国道1567km处枫树桥桥台在重交通作用下发生外倾、开裂,经计算分析原因后,采用预应力锚杆加固使其稳定,采用此方法加固桥台在国内尚不多见。
【关键词】 预应力锚杆 桥台 加固 应用
107国道1567km处枫树桥为一小型单跨板式梁桥,桥台为重力式浆砌块石U型桥台,台背填土为硬塑黄粘土。由于长年累月超负荷运行,致使桥台由下而上产生一条3～10c m 宽的贯穿裂缝,侧向呈膨胀变形,桥的两端路基出现下沉,属于危桥,需要加固。
1 加固方案确定
经研究,决定侧面采用预应力钢绞线对拉加固及正面桥台采用岩锚加固的试验方案。锚杆基本参数为:在正面桥台部分共施工两排岩锚,排距2.6m,孔距2m,倾角13°～15°,孔径130mm,下部扩孔至160mm,非锚固段长5 m,锚固段长15m,斜长20m,锚杆采用4束< 12.7钢绞线,单锚设计荷载200～300kN。侧面桥台共施工5个对穿水平锚杆。灌浆采用普通硅酸盐水泥浆,水灰比0.4,压力值0.2M Pa。
2 应力与安全系数验算
2.1 参数取值:(参见图1)
a.填土参数:粘聚力c=25kN m;内摩擦角<=19°;容重Χ=19kN m3;填土与台背的摩擦角∆=< 2。
b. 板梁参数:梁长L=13m;梁高H=
0.65m;梁宽W=12.5m;梁搭接长度L B= 0.29m;内摩擦角<=18.99°;容重Χ=26 kN m3。
c. 土锚参数:A层距墙趾高h1=4.1m;A层拉力T1=150kN;B层距A层高h2=2.6 m;B层拉力
T2=200kN;横向间距W m=2m。
图1 桥台前墙受力图
L——板梁长度;H——板梁高度;L B——搭接长度; h——桥台高度;b1——桥台顶宽;b2——桥台底宽;L0——
破裂土体长度;P——板梁荷载;E——土压力;T1——B
层锚杆预应力;T2——A层锚杆预应力
d. 岳阳岸桥台前墙参数;墙高h=8.10 m;墙顶宽b1=0.8m;墙底宽b2=3.29m;容重Χ=23kN m3;桥台宽W t=12.5m。
2.2 验算内容及荷载组合
鉴于桥台现状只需验算桥台前墙的抗倾覆能力,最不利荷载组合为:①抗倾覆力:板梁+桥面铺装+前墙自重+加锚杆预应力;②倾覆力:土体压力+土体上汽车荷载+路面荷载。
2.3 计算理论及公式
a. 土压力计算:土压力计算台背填土为
45中 南 公 路 工 程 第25卷第3期2000年9月
α粘土,考虑粘聚力,不考虑锚杆的存在对土应力分布的影响,仍以库仑土压力理论为基础,假象破裂面为平面计算。因为破裂面交与土体上方荷载内,计算公式如下:
裂缝区深: h c=2c
r tan(45°+
<
2
)
破裂角: tanΗ=tanΩ±sec2Ω-D 式中:D=A sin(<-Ω)-B co s(<-Ω)
co sΩ[A sin<+c
r
(H-h′c)co s<]
B=-1
2h
(h+2h0)tanΑ,h′c=h c-h0
A=1
2
(h-h c′)(h+h c′+2h0)
主动土压力:E=r(A tanΗ-B)co s (Η+<)
sin(Η+<)
-
c(h-h c′)co s<
co sΗsin(Η+<)
E x=E co s(Α+∆),E y=E sin(Α+∆)土压力作用点:
Z x=b1+(b2-b1)×(h-Z y) h
Z y=1
3
(h-h′c)
b. 外部荷载换算:车轮重力∑G按桥台范围W t×L0内可能布置的车轮的总重计算, L0根据试算确定。计算公式如下:
h0=h01+h1×Χ1Χ1
h01=
∑G
W t×L0×Χ1
式中:h0为换算土层厚;h01为车辆换算土层厚; h1、Χ1分别为路面厚度、容重。
板梁恒载作用力:P=L×H×Χc 2
c. 桥台前墙自重计算,计算公式如下:自重: G=〔1
2
(b1+b2)×h-L B×H〕×Χq 重心距:
M G=
1
2
(b2-b1)×h×〔1
3
(b2-b1)+b1〕+b1×h×
1
2b1
-L B×H×
1
2
L BΧq
重心: X G=M G G
d. 锚杆验算与拉力取值:①锚杆验算:在施工前进行锚杆抗拔力检查,故不需进行锚固长度验算。②抗拔力检查方法要点:每座桥台检查3根以上;抗拔力检查在砂浆强度达70%以上之后进行;拔拉力不得超过钢束的材料强度。③拉力取值:参照文献[1]的监测结果:锚杆预应力损失一般在15%～20%之间,本文取预应力损失为20%进行计算,即锚杆验算拉力为预加应力的80%。
e. 对墙趾力矩计算:
倾覆力:土体压力+土体上汽车荷载+路面荷载,有M q=E x×Z y;
抗倾覆力:板梁+桥面铺装+前墙自重+加锚杆预应力
锚固前:M1=M G+P×1
2L B
+E y×Z x 锚固后:M2=M1+T1×h1×co sΑ1+
T2×(h1+h2)×
co sΑ2 W m
2.4 计算结果
桥台前墙重G=377.42kN m,重心位置X G=0.82m,板梁恒载P=168.52kN m,锚杆拉力抗倾覆力矩M m=759.88kN m,应力与抗倾覆安全系数K0验算结果见表1
表1 应力与安全系数验算结果表
项 目
荷 载 等 级
汽—15汽—20汽超—20挂—120 L0 m3.9.024.044.05
荷载总重G kN260480560600 h0 m0.811.291.461.55破裂角Η (°)26.0626.4226.5526.62
E x kPa349.392.49408.39416.42
E y kPa175.61196.99204.97209
Z m1.741.91.951.98
Z y2.762.712.692.68 M q (kN m)609.88746.53800.38828.15 M1 (kN m)823.32872.230.709.69
加锚前K01.341.161.111.08
M2 (kN m)1583.201632.111650.581659.57
加锚后K02.602.192.062.00
3 施工工艺
施工过程包括:钻孔→制锚→灌浆→浇筑砼肋(板)→张拉、锚固。具体操作如下:①钻孔采用回旋钻钻进,泥浆护壁,孔径由160mm
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3期 赵 锋:预应力锚杆在桥台加固工程中的应用 B H=11.87～12.93相差较大,这导致虽然(a)的学习样本增加,但预测结果却没有相应地改善。由表4可见:(b)的预测结果明显优于(a)的预测结果。由表1中模型M D T1的参数可见,其h1 H、h2 H和2×L B参数与其它模型相应的参数相差较大,这说明DM T1模型的几何外形与其它模型有较大差异。因此,学习样本中若有少量样本与其它样本差别较大会影响到预测结果。
2.2.2 隐层单元数
见表5。表5中当攻角Α=24°时3×C M的绝对值很小(0.066→0),因此相对误差较大(如表中隐层单元数为15时的相对误差253.1%),这使最后的平均误差也较大,但绝对误差并不大(如表中的平均绝对误差)。经综合比较,对于倒梯形主梁断面,当以M D T1～M D T4作为学习样本,采用BP网络预测M D T5的静力系数时,隐层单元数为15个时的预测效果较17个时的预测效果稍好,隐层单元数为12个时的预测效果最差。3 结论
a. 当样本数量较多时,学习时间长,隐层单元数对学习速度影响很大,此时最佳隐层单元数须综合学习速度、预测精度来确定。
b. 收集尽可能多的样本,但样本的各参数在其变化范围内的分布应比较均匀。
西南交通大学风工程研究中心周述华、廖海黎两位教授对本文研究的大力支持及所提供的风洞试验资料为本文的完成创造了有利条件,作者在此对他们表示衷心的感谢!
参考文献
1 张立明.人工神经网络的模型及其应用.上海:复旦大学出版社,1993
2 沈清,胡德文,时春.神经网络应用技术.长沙:国防科技大学出版社,1993
3 胡守任等.神经网络导论.长沙:国防科技大学出版社, 1993
4 E.Si m iu,R.H.Scanlan著,项海帆等译.风对结构的作用——风工程导论.上海:同济大学出版社,1992
(上接第55页)
变化至110mm,注意钻机稳定性。②锚索由4根<12.7钢绞线编束而成,全长涂有防锈漆,自由段用沥青裹敷外套塑料管。③封堵孔口,用压浆泵将水泥净浆压入孔内,压力为0～0.5 M Pa,待孔内压满浆后,继续稳定1～2m in。④在桥台前墙打膨胀螺栓或短钢筋,使砼肋与原桥台形成整体;沿锚孔纵横向布置5×25(内层)及5×18(外层)钢筋立模浇筑砼肋,肋宽0.6m,厚0.4m。⑤上排锚杆张拉力为15kN,下排为20kN。按张拉顺序,第一、二根刚绞线一般超张拉5%～10%。张拉过程中注意锚杆的伸长量变化。
4 结果分析
a. 由计算结果可知加固前该桥台在汽—15荷载作用下抗倾覆安全系数K0>1.2,是安全的;而在汽—20或汽超—20的作用下为1.0 c. 由计算结果可知采用预应力锚杆加固的效果显著,K0大于等于2.0。 d. 该桥台加固工程于1998年12月竣工,经一年使用后检查,没有发现裂缝继续扩展,加固效果良好。 e. 预应力锚杆在枫树桥加固工程的成功应用,拓宽了桥台加固的途径。 参考文献 1 胡恒等.北京东方广场锚杆预应力监测,岩土工程师, 1999,(3) 2 交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册:路基.北京:人民交通出版社,1996 95 3期 李 乔等:桥梁主梁断面空气力学特性分析的人工神经网络方法 下载本文
