1、引言

随着我国城市经济的快速发展，城市道路网也在日益增多且不断增加完善，使得既有桥梁下的新建道路及回填土方工程建设也不断增加，因此产生了一系列新的桥梁问题，在桥梁的运营阶段，桥梁下方新建工程回填土体沉降变形对桥墩产生不利影响，在桥上动车荷载的作用下，对桥梁结构容易产生破坏，存在着重大的安全隐患。

本文旨在研究桥上动车荷载变化、桥梁纵坡改变和桥下穿道路填土作用下等多因素分别对桥墩的损伤情况及受力机理，同时在此基础上，分析其对全桥安全性能的危害。

2、本模型的主要研究理论

桩基础的研究经历了一个漫长的过程，从当初简单的模拟分析，到今天的成熟完整理论，一代代学者作出了巨大的贡献，桩基础的主要分析方法有弹性理论法，剪切变形法，荷载传递法，有限单元法，分层总和法和经验公式法等几种。从国内外的主要研究趋势来看，桩基础分析方法大概可以分为两大类，即为Poulos桩基础分析法和Randolph桩基础分析法，这两种方法拥有着各自的优缺点，使用与不同的问题分析。其中Poulos弹性理论采用了Mindlin解，考虑土的连续性，因此更好的反应了桩土之间的耦合关系。

采用Mindlin基本解法对墩柱侧向填土压力下进行受力机理分析，Mindlin基本解法简称“M”法，即采用弹性地基梁的Winkler假定，视桩侧土为弹性变形体，桥墩柱亦被视为弹性地基梁，通过土的比例系数m进行计算土的弹簧刚度。

通过使用ANSYS有限元软件进行建模，采用直接积分法的瞬态动力进行分析，其基本思想是将求解的整个不间断时间划分为间断的时间点，在每个时间点进行加载求解，其中每个时间点的时间间隔称为时间步长或时间积分步长，通过对所有的时间步长积分求解得到结构在整个时间段的瞬态动力分析结果。

3 、自重作用下墩柱受力分析

下图为考虑自重情况下桥墩的纵向位移图，其从左至右为上坡：

图1 桥梁自重作用下的纵向变形图

从图1中可以看出，桥墩柱在自重下的纵向位移，在有纵坡的情况下，其左侧10号墩柱纵向位移最大，约为0.0085m。

4、考虑桩基情况下桥下静态填土对桥墩的受力分析

在不考虑动车荷载作用下，对桥下墩柱进行静态填土，即一次性将所有的填土压力全部施加于桥墩柱侧面，也就是将填土压力看作一个静态的力，对桥梁结构进行静力分析。

图2桥下填土作用桥梁结构位移云图

表1 桥下填土桥墩墩顶纵向位移值(单位:mm)

5、考虑动车荷载及桩基情况下桥下填土对桥墩的影响

考虑桩基的情况下，分析动车荷载和桥下填土对墩柱的受力，通过第三章的模型分析，可知最不利情况为在动车荷载120t，车速160km/h,对梁体加载，故对考虑桩基础模型的墩柱在此情形下进行受力分析。

（位移单位：mm；轴力单位：N）

注：表中“/”代表忽略此项数值，即在车载作用下墩底轴力以另一数值（轴向压力或轴向拉力）为主。

分析上面墩顶纵向位移图,可以发现对于有桥下填土的墩柱，由于纵向位移主要受桥下填土的影响,同一墩号左右两侧墩柱纵向位移振型和墩底轴力振型基本一致, 静态填土产生的墩柱顶端纵向位移越大,导致其在动车荷载作用下的纵向位移振幅就越大。

可以明显看出桩基、填土及车载模型的振动频率小于仅考虑填土和车载模型，桩基础后，将桩侧土看做弹性单元，桩基础在桥下填土时也产生了纵向位移，结构柔度增大，振动频率变小。通过表中各工况下的数据对比，可以看出桩基之后，墩底轴力振动幅度加大，大于未考虑桩基模型下的墩底轴力振幅。

结论

通过对桥梁墩柱建立有限元模型进行研究，本文所得出的结论为，对桥梁上部结构及墩柱在移动车辆荷载、桥下填土、桩基等多因素影响下进行全面分析，在有桥下填土的墩柱，由于纵向位移主要受桥下填土的影响,同一墩号左右两侧墩柱纵向位移振型和墩底轴力振型基本一致, 且从图中可以明显看出,静态填土产生的墩柱顶端纵向位移越大,导致其在动车荷载作用下的纵向位移振幅就越大。