[发明专利]桥墩抗泥石流大块石冲击设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁，特别涉及一种桥墩抗泥石流大块石冲击设计方法。

背景技术

泥石流是典型的固液两相流体，物质组成十分复杂，包括很宽的颗粒级配，从微米级的细颗粒到分米级的粗颗粒，甚至到米级的大块石，其力学性质与运动特点也存在很大的差异。原位测试表明(Suwa and Okuda,1983)泥石流对结构的冲击力包括两部分：泥石流浆体的动压力和泥石流大块石的冲击力，大块石的冲击力比浆体动压力高出2-3个数量级，也是造成工程结构破坏的主要动力。众多工程实例表明，泥石流对桥墩的破坏形式的一个重要表现为泥石流及其携带的大量块石和漂砾冲击、撞击、剪断桥墩、桥台，造成桥梁和桥墩断裂、垮塌和倾倒等破坏，中断铁路行车。特别是在泥石流运动过程中，大块石以较快速度冲击桥墩时，在很短的时间(ms)内产生较大的冲击力(MN)，接触区域处于局部受力状态，极易产生冲切形式的脆性破坏。但目前能够用于指导泥石流沟桥梁设计的相关规范和技术文献很少，铁路系统没有相关的泥石流设计规范，泥石流沟桥墩设计主要依据一些经验性资料，缺乏理论依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种桥墩抗泥石流大块石冲击设计方法，以为桥墩设计提供科学依据，避免泥石流造成桥梁和桥墩断裂、垮塌和倾倒等破坏，同时可有效控制桥梁工程建设成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的桥墩抗泥石流大块石冲击设计方法，包括如下步骤：

(1)根据荷载效应，计算大块石冲击力F_b：

式中：R₁、R₂分别为大块石和桥墩等效半径；v₁、E₁分别为大块石的泊松比和杨氏模量；v₂、E₂分别为桥墩的泊松比和杨氏模量；v_b为大块石冲击速度，ρ_s为大块石的密度；

(2)基于冲切机理，计算桥墩冲切极限承载力F_n：

F_n＝F_c+F_s+F_p

式中：F_c为混凝土沿冲切荷载方向的张力分量；F_s为螺旋箍筋在冲切荷载方向上的分力；F_p为预应力钢筋束力在冲切荷载方向上的分量；

(3)按照承载力极限状态设计方法，桥墩设计应满足以下条件：

F_b≤F_n。

本发明的有益效果是，可为桥墩设计提供科学依据，避免泥石流造成桥梁和桥墩断裂、垮塌和倾倒等破坏，同时可有效控制桥梁工程建设成本。

附图说明

本说明书包括如下两幅附图：

图1、图2是圆形桥墩冲切承载力计算简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

对于桥墩结构，可采用承载力极限状态来设计，首先确定荷载效应S与结构抗力R。

(1)荷载效应S——大块石冲击力

实际工程中，为简化计算，可采用Myer公式表达大块石与桥墩之间的冲击接触特性，

F_b＝cδⁿ

式中：F_b为接触压力；δ为接触面的接触变形量；c、n为接触参数，综合反映桥墩、大块石的形状、几何尺寸与物理力学性质。二者取值可通过建立有限元数值模型，有限元参数设置如以下表1－表3：

表1滚石计算参数