拱桥台后推力计算

拱桥台后推力计算

一、前言

随着我国社会的高速发展，桥梁建设也与人们的生活密不可分，人们对桥梁工程的关注度也越来越提高。如何在不同情况下准确计算后推力关系到施工，关系到桥梁质量，因此要受到建筑施工人员的重视。

二、拱桥台后推力的计算原则拱桥是一种会在拱脚产生水平推力的结构。拱脚水平推力过大会导致墩台位移过大，进而影响拱桥的上部结构，引起拱桥下挠、伸缩缝加宽、栏杆变形、桥面不平等现象，还会导致公交负弯距离和拱顶正弯矩加大，甚至会引起拱脚上缘和拱顶的下缘混凝土的开裂。为了防止施工后期运营阶段桥台、阻滑板位移过大，用台后预顶的施工技术。其整体思路是：针对建设在普通地基上的拱桥，在拱桥建设之初，通过采用千斤顶对两端桥台施加一定的预顶力，使得桥台预先产生向跨中方向的水平位移和预加力，以抵消掉后期荷载产生的拱脚水平力以及拱脚水平力变为。由于土体的蠕变特性，土体在一定预顶力作用下位移会随时间发生变化，因此，该技术使用效果的好坏主要在于施工及后期运行阶段产生的桥台、阻滑板位移问题，若位移过大，会产生较大的预顶力损失。

1.计算原则

当拱推力H 较小并且台后填土高度较高时，在太后填土推力

的做用下，桥台将可能产生向桥孔方向移动或者转动，此时台后推力可以按照主动推力计算。当H 较大并且台后填土高度较低时，在H 力的作用下，桥台将可能产生向填土方向（太后）的移动或者转动。当其移动或者转动的位移量达到某一个值时，推力将达到被动推力状态。在实践中，为了保证台后路面结构免遭破坏及拱结构的安全，被动状态是不允许产生的。实际上，在H力的作用下，其太后推力多处于静止或者被动状态之间，因此本文建议按照以下原则计算拱桥台的后推力。

（1）当向填土方向的推力小于台后静止推力（即或者时，台后容许推力按以下式子计算：

式中代表台后静止推力；式中代表台后被动推力；式中代表安全系数，建议取值为2。

2.不同阶段推力的计算根据施工的不同阶段对推力进行不同的计算，大概可以分为以下几个阶段：未撤出拱架时的推力计算、撤除拱架时的推力计算。

三、抗推体系设计

1. 工程概况

某市大桥全长188m宽35m是一座跨连续无铰拱拱桥，跨

径组合为33.3+38.8+43.8+38.8+33.8=188m，桥面宽度：2.5m（人行道）+4.5m （非机动车道）+21m（机动车道）+4.5m （非机动车道）+2.5m （人行道）=35m本工程位于黄河冲积平原上，场地地基土自上而下共非为13层，地下70m深未见岩石层，土层自上而下分

别为：1 层淤泥及素填土，2 层亚砂土夹亚粘土，3 层亚粘土，4 层亚砂土，5 层细砂，6 层亚砂土，7 层黏土，8 层亚砂土，9 层黏土，10 层亚砂土，11 层粘土，12 层亚砂土，13 层黏土。桥台承台下缘位于2 层亚粘土夹亚砂土层，该图层工程性质较差。

2. 阻滑板设计改进

群桩基础加阻滑板这一组合体系计算采用变形协调理论，计算出阻滑板及群桩基础的水平抗推刚度，根据上部拱桥结构能承担的位移进行控制设计，按照刚度进行的水平力分配。阻滑板的抗推刚度K 阻计算公式为：

在本式中L 为阻滑板长，B 为阻滑板宽，为土的弹性剪切系数。根据相关研究成果，阻滑板的抗推刚度岁长度L 的增长而增加，考虑阻滑板弹性压缩的影响，随着L 的增长，弹性压缩导致K 组的增幅趋于平缓，长度增加与弹性压缩引起的抗推刚度变化几乎会相互抵消；阻滑板的抗推刚度随着宽度 B 的增加而增加，是线性的增长关系；阻滑板厚度的增加也能提高阻滑板的抗推刚度。但是，当阻滑板厚度增加到了一定的数值后，其对K 阻的影响很小。

本工程对台后阻滑板进行了设计改造，对于长阻滑板采用了沿桥纵向分3个节段的布置。阻滑板的施工顺序如下：阻滑板施工纵向分段，首先施工靠近桥台承台的一节，然后向后依次施工第二节、第三节，需要保证每段阻滑板紧贴。

2.台后预顶技术台后预顶技术是为了减少拱桥桥台水平位移而在拱桥施工过程中预先在桥台台后进行预顶的一项技术。通过预顶，使拱脚及群桩基础向河心一侧预偏一定的位移，从而改善拱圈

的结构受力，以及增大群桩基础抗水平推力的能力；同时使阻滑板抗推结构向台后预位移，从而增强了阻滑板抗推能力的发挥。土体蠕变小樱是影响该项技术的主要因素。

台后预顶作用机理：预加推力使多节段阻滑板在施工过程完成密贴且完成大部分弹性压缩，大大减小了阻滑板在运营期的位移，提高阻滑板K 阻，提高长阻滑板的抗推能力。台后预顶技术可以使河心产生预计的偏离，为桩基础的水平位移做出遗留储备，提高群桩基础抗水平推力的能力。

四、应用Burgers 体蠕变模型的土体蠕变效应分析土体在拱推力作用下的变形不是立即完成的，而是在桥梁建成后很长一段时间后才逐渐趋于稳定，土体在这种力作用下的变形随着时间增长的现象称为土体蠕变。拱推力的荷载按照施工顺序分为三个部分：一是主拱圈等，包括一期恒载，陈胜拱推力，二是拱上建筑填料，包括二期恒载，产生拱推力，三是运营时期活载，产生拱推力，拱推力依次增加。

目前土体本构主要模型有：非线性弹性模型，比如邓肯- 张E-v 模型；弹塑性模型，比如殷宗泽椭圆- 抛物线双屈服面模型；流变模型，比如开尔文体模型，宾哈姆体模型等。张先伟等对黄石淤泥质土的剪切蠕变特性以及模型研究采用Burgers 体蠕变模型可以很好的描述黄石淤泥质土的线性蠕变规律，并且求出了很多相关参数的具体值。除此之外，人们还利用Burgers 模型进行了饱和砂土流变特性的研究，利用Burgers 模型模拟了滑带土的流变过程，

研究重塑黄土黏弹特性，在不同应力的水平下进行模型参数拟合，得到了蠕变方程的一般表达式。Burgers 模型可以很好的反映材料的黏弹特性，在实际中被广泛应用。本文通过数据休整Burgers 体蠕变方程，从而对运营期阻滑板位移进行预测，为计算推力提供理论指导。

Burgers 体模型本构模型的优点在于简单，并且能很好的反映蠕变过程中的瞬时应变，初始蠕变阶段的渐息系数、稳定蠕变阶段的蠕变速率以及粘滞系数。

针对混凝土收缩徐变、施工间隙、土基流变等问题等存在，导致拱脚会产生较大的水平位移的问题提出台后预顶技术，重点分析影响预顶效果的土体蠕变。通过实际测量蠕变曲线和曲线模型的比较可知，本文提出的采用修正Burgers 体蠕变方程可以适用于土体蠕变拟合。经过一段实践后，阻滑板仍然剩余较大推力，说明后台预顶技术运用良好。由于影响土体蠕变特性的因素很多，例如温度，超固结度、老化和触变效应等，并且具有很大的不确定性，为了确保桥梁的使用安全，还需要对桥梁进行长期监测。针对有推力的拱桥，设计可以采用阻滑板、群桩和台后预顶技术的方案，然后采用蠕变方程计算推力。

五、结束语

笔者在本文中对后推力的计算方法进行了简要说明，结合某市拱桥施工的例子对拱桥加固中的方法做出了详细的论述。根据分析得出了有推力的拱桥，应该采用阻滑板、群桩、台后推力的技术