山体爆破对大跨度斜拉桥施工安全性影响分析

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山体爆破过程中爆破能量在短时间内急促释放,由于产生的能量无法被及时耗散,因此对周围构筑物或建筑物将产生一定的冲击力,从而导致结构发生振动。这种爆破所引起的地面运动类似于地震激励,但由于能量强,持时短,是否会对周围正在施工或既有的结构造成不可逆转的损伤和破坏需要进一步研究。本文以某山体爆破交叉施工项目为背景,主要针对桥梁主墩桩基塌孔、斜拉桥施工的振动响应等问题进行研究。采用数值模拟的方法,研究了山体爆破控制技术对大跨度斜拉桥梁施工安全性的影响。本文主要研究内容和结论如下:(1)开展了爆破荷载对施工阶段斜拉桥影响的数值模拟,分析了斜拉桥桩基孔壁的稳定性和爆破动力荷载作用下群桩的动力响应,并估算了爆破振动安全允许距离。研究结果表明:在爆破振速峰值2cm/s条件下,爆破冲击荷载所引起的钻孔模型中各节点的位移小,爆破冲击荷载对桩孔的变形影响较小。通过施加爆破等效静力荷载进行计算,得出应力集中在桩段中下侧位置。根据岩土体弹塑性理论,考虑爆破荷载所导致的孔壁应力增大效应,对主墩桩基成孔阶段孔壁的稳定性进行复核验算,其结果表明:桩基孔壁在z深度区域能满足孔壁坍塌应力不超过所设计的泥浆护壁作用力,因此不会出现塌孔情况。根据爆破振动安全允许距离估算公式,计算可得安全半径为467.13 m。(2)运用MIDAS Civil软件模拟大跨度斜拉桥梁的施工过程。分阶段进行施工模拟并计算各阶段的模态、动力特征、共振频率和桥梁爆破响应分析等。研究结果表明:桥梁各个施工阶段及成桥状态的固有频率远小于爆破振动测点的激励频率,桥梁不会因爆破激励而发生共振现象。由桥梁各个施工阶段及成桥状态的时程响应可知,爆破引起桥梁响应的重要位置主要为主塔中间部位和桥墩底部。爆破激励方向造成横桥向响应的潜在风险,故施工过程中需要对桥塔中部位移,桥塔底部转角和主梁施工阶段最大悬臂端部的横向位移进行实时监测,以保障桥梁施工的安全性。(3)考虑到桥梁在施工过程中受山体爆破的影响而出现拉索失效的极端情况,分析了拉索失效对其他拉索索力、主梁和主塔线形的影响,并探讨拉索失效对桥梁整体动力特性的影响。研究结果表明:无论是施工阶段还是成桥阶段,拉索失效仅对该拉索附近的索力产生较大影响,而对距离较远的其他拉索几乎没有影响。主梁最大双悬臂施工阶段应重点监控悬臂端处的拉索和靠近主塔的拉索,其他施工阶段或成桥阶段应重点关注合拢段附近的拉索。拉索失效会减小结构的固有频率,但减小程度与拉索位置和振型相关,其中影响范围较广且影响较大的拉索为合拢段附近的拉索。本研究对山体爆破条件下斜拉桥梁施工安全性评估具有重要的参考价值。
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