浅析框架桥地基模拟的常用方法

浅析框架桥地基模拟的常用方法
 张义
摘要：简单介绍框架桥地基模拟的常用方法，并结合工程实例采用不同的方法进行计算。通
过对结果的分析、比较，认为在进行框架桥计算时，应采用两种地基模拟方法分别建模计算。
关键词：框架桥、地基模拟、计算方法
随着交通运输事业的飞速发展，交通路网四通八达，使用地少、投资小、施工方便的框架立交桥被大量采用。而框架桥地基的模拟是一项很重要，但是还没有完全解决的问题。框架桥地基的模拟通常有2种计算方法，一种是弹性地基梁法，另一种是反力替代法。本文以正交框架桥为例，用两种方法分别建立模型，对框架桥内力进行分析比较，分析各种方法的优缺点，用以指导框架桥的设计。
1.方法简介
1.1弹性地基梁法
地基土采用文克尔假定，通过求解挠曲微分方程，再结合力的平衡条件，求出框架底板各部位的内力和位移，该方法称为弹性地基梁法。弹性地基梁法计算中m值的取值是关键，而研究表明，土体m值是一个综合参数，它不仅仅是由土体性质决定，而目还跟框架桥所受外力、土体受力状态等其它因素有关。尽管规范中给出了土层m值的一个范围，但实际设计中取值仍存在较大随意性，因此导致该方法对框架桥地基的模拟也存在较大的随意性。
1.2反力替代法
框架桥计算时，将框架桥的自重、覆土重力、等代均布土层重力等竖向荷载，换算为框架桥底板每延米的均布反力施加在底板节点上，进行框架桥的计算，该方法称为反力替代法。
2.工程案例
2.1基本资料
本框架桥为人行过街通道，净跨境为5.1m，汽车荷载换算为等代土层厚度进行计算。
1）框架桥顶的覆土厚度1.0m
2）汽车荷载：换算为等代土层厚度1.0m
3）土的容重：18kN/m³
4）框架钢筋砼容重：25kN/ m³
5）框架桥两侧土的内摩擦角：35°
2.2框架桥基本尺寸（单位：cm）

 

2.3荷载确定
1）汽车荷载：1×5.8×1×18/(5.8-0.35)=19.2 kN/m
2）覆土自重：1×5.8×1×18/(5.8-0.35)=19.2 kN/m
3）框架自重：程序自动计入
4）框架桥侧土压力：
土压力采用静止土压力计算：e=ξrh
则 e1=15.3 kN/m
e2=41.1 kN/m
3.不同模拟方法的分析对比
利用桥博3.03有限元软件对本桥进行二维分析，并对计算结果进行分析比较，桥宽均取单位宽度。
3.1弹性地基梁法模型
假设框架桥置于压实地基上，且地基无不均匀沉降。模型一m值取为20000 kN/m4，支撑弹性系数取为20000 kN/m；模型二m值取为10000 kN/m4，支撑弹性系数取为10000 kN/m。

 

弹性地基梁法模型
3.2反力替代法模型
模型三，框架桥底板每延米均布反力取为：71.7 kN/m。

 

弹性地基梁法模型
3.3三种模型弯矩图比较

 

从以上3种模型弯矩图可以看出，框架桥弯矩与地基抗力系数的比例系数m有关，反力替代法内力结果定性的看，与弹性地基梁法计算结果是一致的，但定量的看，又与弹性地基梁法没有必然的联系以及可比性。
4.结论
目前采用的框架桥地基模拟的常用方法，弹性地基梁法和反力替代法都存在缺陷。弹性地基梁法中m的取值有很大的随意性，导致框架桥内力的计算结果也具有随意性，与实际内力不能十分准确的吻合。反力替代法虽然能定性的分析框架桥内力，但也不能真实的反应框架桥实际内力结果。因此，随着框架桥这种结构型式越来越多的被采用，为保证其安全使用，在计算时，用以上两种方法计算其内力是十分必要的，然后选取较大值进行检算及配筋。
参考文献：
唐红梅.陈洪凯.张锡祥.唐芬.王凯:用弹性地基梁法进行沟埋式箱涵的结构计算.地下空间，2001
黄陈军:采用渐进法计算钢筋混凝土框架桥内力.公路与汽运，2006
方左英:路基工程〔M〕.北京，人民交通出版社，1993
蔡四维.弹性地基梁法.上海科技卫生出版社，1962

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