双柱式钢筋混凝土柔性墩加固设计方案比选研究

马 丁 红

(甘肃公路航空旅游研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 概述

1.1 原理

柔性桥墩[1]是将多孔简支梁、桥墩、承台用支座连接起来，形成多跨结构，以共同承担桥跨传来的水平荷载，此水平荷载按桥墩的实际刚度进行分配，故可以大大减少柔性墩承担的水平荷载，而使大部分水平荷载传往刚性桥墩，进而使得柔性墩的设计尺寸减小，降低工程造价。

刚度比较小作为双柱式柔性墩的显著特点，受水平荷载后双柱式柔性墩允许在一定范围内发生变形，将桥跨结构传来的水平荷载传递到每个墩台，使得单个桥墩所受到的水平荷载减少，从而达到桥墩截面减少的目的。本文通过桥墩截面填实、桥墩斜撑增加、墩身加宽及下部墩身加宽等方案，通过midas civil软件建模分析在各加固方案下桥墩的特性。

1.2 加固目的

我国经济增长的同时铁路运输行业也得到了翻天覆地的变化，宁夏计划在灵武至宁东运煤专线开行C80万吨运煤专列，从而提高其运输能力。根据检测单位对线路既有桥梁进行的静动载荷载实验结果[2]，沿线大部分桥梁墩柱自振频率超出铁运函[2004]120号铁路桥梁检定规范(以下简称《桥检规》)规定的限值，已不满足现行通行条件，因此需对墩柱进行加固，确保武宁线安全通行。

1.3 分析方案

本论文采取的加固方案[3]有：方案一：将双柱式桥墩填实成为矩形；方案二：填实后增加斜撑；方案三：增加墩身宽度至6 m，墩身厚度不变；方案四：增加墩宽度至5 m，厚度至1.5 m；方案五：墩身上部(不包括墩帽)5 m段填实，下部7 m段加宽至5 m，增厚至1.5 m，中间1 m段过渡。

1.4 分析方法

选取该桥桥墩自振频率、墩顶振幅、墩身最大拉应力、墩身最大压应力、制动力位移为评价参数[4]，建立有限元模型，分析原桥墩评价参数、桥墩加固后各方案的评价参数与《桥检规》相关规定值进行比较，选取最优加固方案。

2 应用实例

2.1 原桥概况

桥梁位于灵武至宁东铁路支线DK85+35处，于1977年9月建成通车，该桥结构型式为：4-24 m预应力混凝土简支梁桥，桥梁位于2.3‰坡度直线段上；下部结构为双柱式钢筋混凝土柔性墩，桥墩为C25混凝土。

2.2 原结构模拟

2.2.1midas建模参数

承台采用板单元，承台—桥墩采用梁单元，墩采用梁单元，利用midas/Civil建立桥墩模型[5]，墩台模型每0.5 m为一个有限元单元。整体划分为80个节点，89个单元：承台底约束条件底采用一般支承，6个自由度约束，承台顶和墩底采用共用节点的方式连接。

2.2.2模拟计算荷载

根据桥梁实际受力情况，整理模拟计算荷载见表1。

表1 模拟计算荷载表

2.2.3原模型计算结果

根据midas建模结果，得到原桥及各方案下桥墩振幅见图1～图6，原桥及各方案下评价参数指标对比见表2～表7。

表2 原桥墩评价参数对比表

由表2中相关数值可知，墩顶振幅实测值和理论计算值均已超出了《桥检规》规定限值，且理论值与实测值比较接近，说明理论计算值有一定的参考性。墩身最大拉应力及最大压应力理论计算值在C80列车荷载作用下，其值已经超出了C25混凝土的最大压应力值，经与管理运营单位沟通，需对该桥墩进行加固。

3 方案计算结果

3.1 方案一

表3 方案一评价参数对比表

由表3中相关数值可知，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移理论计算值满足《桥检规》规定限值，但墩身最大拉应力、墩顶振幅理论计算值不满足铁运函[2004]120号铁路桥梁检定规范规定限值。

3.2 方案二

表4 方案二评价参数对比表

由表4中相关数值可知，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移理论计算值满足《桥检规》规定限值要求，但墩身最大拉应力、墩顶振幅理论计算值满足《桥检规》规定限值要求。

3.3 方案三

表5 方案三评价参数对比表

由表5中相关数值可知，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶振幅、墩顶制动力位移理论计算值满足《桥检规》规定限值要求，但墩身最大拉应力理论计算值满足《桥检规》规定限值要求。

3.4 方案四

表6 方案四评价参数对比表

由表6中相关数值可知，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶振幅、墩顶制动力位移、墩身最大压应力理论计算值均满足《桥检规》规定限值要求。

3.5 方案五

表7 方案五评价参数对比表

由表7中相关数值可知，墩顶制动力位移、墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶振幅、墩身最大压应力理论计算值均满足《桥检规》规定限值要求。

4 方案比选结论

由以上分析可知：

1)方案一、方案二对原桥墩只增加充实桥墩和充实后增加斜撑情况下，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移能满足《桥检规》的相关规定，但墩身最大拉应力、墩顶振幅均超出《桥检规》规定限值。

2)方案三对原桥墩只增加宽度情况下，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移、墩顶振幅能满足《桥检规》的相关规定，但墩身最大拉应力超出《桥检规》规定限值。

3)方案四、方案五对原桥墩既增加宽度又增加厚度情况下，墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移、墩顶振幅、墩身最大拉应力均能满足《桥检规》的相关规定，但方案五混凝土增加量偏少，从各方面都比较理想。

5 结语

双柱式钢筋混凝土柔性墩加固时，通过选取不同加固形式和截面尺寸，可以同时提高桥墩墩顶自振频率、墩身最大压应力、墩顶制动力位移、墩顶振幅、墩身最大拉应力，并且取得很好的加固效果，适用于对提载要求较高的旧桥桥墩加固处理。