预应力混凝土弯箱梁桥“爬移”研究

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学兔兔www.xuetutu.com总第1期预应力混凝土弯箱梁桥“爬移”研究51预应力混凝土弯箱梁桥“爬移"研究涂慧敏(中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司，湖北武汉430034)摘要：对近几年来弯箱梁桥发生的滑移(爬移)翻转的内力。问题工程实例进行分析，并通过有限元分析软件MIDAS／某大桥引桥为三跨连续弯箱梁桥，跨度布置为Civil进行跨径相同、曲率半径不同情况下的弯箱梁桥支座(50+120+50)m，墩身采用双柱高墩，高16m，中内力和梁体位移分析。并讨论在实际工程当中出现该问题间桥墩上支座采用盆式橡胶支座，梁端支座采用固的解决措施和办法，为以后的类似工程提供借鉴。定支座。结合该大桥引桥匝道实际情况，研究曲线关键词：弯箱梁桥；位移；MIDAS；分析梁桥的受力行为特性。桥梁计算行车速度为40km／h，计算冲击系数1前言暂取为0．15。活载按照2车道考虑。收缩徐变参数参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计近几年，一些弯梁桥在运营过程中，发生了一些规范》(JTGD62—2004)(以下简称新桥规)取值：梁体滑移甚至翻转的桥梁事故。实际上，预应力混一5，t。一5，1m1—34，RH=70，=5．0[为收缩凝土连续弯箱梁桥在使用过程中，由于预加力、温度开始时的混凝土龄期(d)；t。为加载时的混凝土龄期效应、车辆行驶或其他影响因素的作用，会产生侧向(d)；为混凝土在28d龄期时的立方体抗压强度的变位。由于弯梁的结构特点、支承形式等原因，当(MPa)；RH为环境年平均相对湿度()；为依水外荷载等影响因素消失后，弯梁发生的侧向变位并泥种类而定的系数]。不能够完全恢复，弯梁在侧向会产生部分不可恢复的残余位移。长期反复作用下，侧向的残余位移就会累积，产生较大的位移，即弯梁桥的侧向位移问题3曲线梁桥受力分析(称之为“爬移”现象)。弯梁桥的侧向位移问题轻则结合算例，固定弯箱梁桥的跨径，取曲率半径分导致梁段伸缩缝的剪切破坏，影响其使用寿命；重则别为50m、100in、300in、500111、700rn和1000rn，会出现支承结构破坏、梁体滑移和翻转。桥梁出现计算弯箱梁桥在不同的曲率半径下结构的反应该类问题，不仅影响交通，而且加固起来非常困难，(表1)。造成巨大的经济损失。在某大桥引桥匝道模型的基础上对小半径、大由表1可知，在不同曲率半径下，梁端支座内、跨度预应力混凝土等高度连续曲线箱梁桥的结构受外侧竖向支反力相差较大，且受曲率半径的影响较力进行分析和讨论，验证设计理论并确定复杂结构大，这在比较窄的单向车道曲线箱梁的梁端支座表细节的受力状态，针对实际当中存在的问题提出对现的最为显著；而中间桥墩上内、外侧支反力相差较“爬移”现象相应的改进意见和建议。小，其受曲率半径的影响也较梁端支座小。图1为不同曲率半径下的梁体位移，相应数据见表2。由图1和表2可知，曲线梁的曲率半径越2模型的建立小，梁体向外侧的扭转就越厉害，曲线梁侧向位移也借助于MIDAS／Civil进行分析研究。单元类随着曲率半径的减小而增大，而且同样是梁端的侧型包括：空间梁单元及空间实体单元。结合本文的向位移变化最为明显。扭转变形和侧向位移也随曲研究主题，所需要的数据主要包括梁体的径向(横桥率半径减小而增大。图2为不同曲率半径的分析向)位移、竖向挠度(扭转变形)、支座反力以及桥墩模型。收稿日期：20O8一U一1O作者简介：涂慧敏(1982--)，女，助理工程师，2004年毕业于湖北工业大学电子信息工程专业，获学士学位。 学兔兔www.xuetutu.com52桥梁检测与加固2008年第1期一■日H目刚■脚l盏嚣喜j登囊薰兰一I隧[】|注：0号、1号、2号、3号代表墩编号，L为0号～1号跨跨长，Lz为l号～2号跨跨长，为2号～3号跨跨长。的差别就越大，内、外侧支反力比就越小。半径在50--500m范围内变化时，内、外侧支反力的差别较一一—爵口斟阿附一舯而嚣一大，外侧支反力远大于内侧支反力，内、外侧的支反力比在23～83之间变化，即外侧支反力是内侧支Ll／21号L2／22号L3／23号粱体纵向位置反力的1．2～4．3倍。当半径增大时。内、外侧的支反—．_R=50m—．_R=100Ill—R=300m一=500m+=1000m力比也随之增大，即内、外侧的支反力越来越接近；当图1不同曲率半径下的梁体横向位移R>1000TT1日寸，曲线梁桥已接近直线梁桥，内、外侧支影响曲线桥支反力因素主要有：曲线梁桥的曲反力基本相同。在预应力作用下，曲率半径的改变还率半径、支座布置方式以及边跨和中跨比等。曲率会使支反力在纵、横桥方向的分布形式发生变化。半径的增大能够使内、外侧支座的竖向支反力趋于横向位移、扭转以及支座的支反力问题是曲线均匀，在跨度不变时，半径越小，边墩内、外侧支反力箱梁桥结构受力的主要问题，诸如梁体滑移、梁体转避一匡勇I÷li⋯目：篇=(a)50m曲率半径(b)100ffi曲率半径(c)300m曲率半径～i～(d)500m曲率半径(e)700m曲翠半径(f)1ooOm曲率半径图2不同曲率半径的分析模型 学兔兔www.xuetutu.com总第1期预应力混凝土弯箱梁桥“爬移”研究53动等问题大多出现在梁体横向比较窄、单向车道的小下部结构抗推刚度的方法，增加桥墩的柔度。具预应力混凝土连续曲线梁桥中。体的做法为：①优化基桩的布置，在满足其承载力“爬移”现象是一些桥梁专家针对曲线粱桥出现的基础上，可以将群桩改为单排桩；②如果采用单横向位移而引发曲线梁桥事故而提出的。从表面上排桩的下部结构柔度仍然不能满足要求，可以进一看，曲线梁桥的“爬移”问题是指弯梁在使用过程中步采取取消承台的做法。出现的横向位移。而实际上，曲线梁桥的“爬移”问堑旦．塑堑塑．题不仅仅有曲线梁的横向位移，更重要的还有曲线f}梁在横向的扭转现象，即曲线梁在横向各点挠度的叵甄守差异问题。曲线梁的横向位移和扭转是曲线梁桥发1J生爬移现象的一种外在特征，其中还有支座的支反(a)高墩曲线梁桥基础(b)采用单排桩垂司以(c)取潲承台，进一步力问题，与横向位移相对应的是支座的径向支反力，可以采用群桩增大下部结构厚度增大下部结构柔度与扭转相对应的是支座的竖向支反力。因此，研究图4墩台基桩布置形式曲线梁桥的“爬移”现象，主要就是分析曲线梁桥的(3)设置弹性侧向支承。桥台一般设置在与路支座支反力问题(包括径向支反力和竖向支反力)、堤相连的地段，即使是柱式墩台，由于高度非常有曲线梁的横桥向位移以及曲线梁的扭转情况。限，其抗推刚度是非常大的，特别是一些重力式桥台本身就是刚性的。因此，如果在曲线梁桥的桥台处设置了单向活动支座或者固定支座，桥台处的梁体4解决方法及措施在横向可以被视为不可动的，梁端没有横向位移，相(1)如果曲线梁桥的下部结构为柔性墩，即墩应端部的单向活动支座或者固定支座的平面支反力身较高、平面抗推刚度较小、柔度大，而且横桥向设就会很大。对于该种情况，可以采取在梁端的梁体置了2根墩柱，这样的预应力混凝土连续曲线梁桥与防震挡块之间设置侧向弹性支承。即利用弹性支可以采用较多的单向活动支座和固定支座，甚至可承来代替下部结构(桥台)的柔度，这不仅能够减小以采用墩梁固结体系，使得弯梁的平面内变形受到梁端支反力，还能够使得顺桥向各墩台的刚度协调，支座及其桥墩的约束，利用桥墩的平面抗推刚度来从而减小弯梁的横向位移。降低梁体的平面内变形，利用桥墩自身的柔度来适(4)梁端支座的横向布置见图5。一般曲线梁应梁体的变形，从而达到梁体和桥墩的共同变形。桥的梁端支反力表现最不均匀，特别是曲线梁曲率高墩双柱曲线梁桥采用图3的支座布置方式半径比较小，桥宽较窄的单向车道曲线箱梁，在恒载时：由于桥墩柔度较大，支座的平面支反力会较小；(预应力效应表现的非常突出)、日照温差以及车辆曲线梁虽然会有横桥向的位移，但该位移与桥墩的的偏心行驶的作用下，梁端内侧支座是最容易出现变形是协调的，而且在梁端与箱梁曲线梁之间也没拉反力，使支座脱空。因此，在该类曲线梁桥的梁端有相对位移；由于箱梁截面为扁箱，且有双柱墩，曲需要采取比较特殊的措施来增大梁端梁体的抗扭性线梁的平面旋转角度也很小，不会出现支座脱空。能，一般的做法可以加大端部双支座的间距，如加宽因此，采用较多的单向活动和固定支座是可行的。端部梁体实心段的宽度，最重要的是向外侧加宽箱梁体，再将外侧支座向外侧进行偏移；内侧支座也可以同时向内侧偏移，但效果没有偏移外侧支座明显。这种方法能够很好地改善内侧支座的支反力问题，0号墩固定支座．单向支座．多向支座5号墩同时也能有效增强端部梁体的抗扭性能。．·固定支座．单向支座-多向支座。图3高墩双柱曲线梁桥支座布置形式(2)减小下部结构的抗推刚度。采用图4中的布置方式，随着桥墩高度的减小，曲线梁桥下部结构的抗推刚度逐渐增大，可能会有部分支座出现平面J．L．————————————————．—————————————————————————————————————、———_一黾f：=二二卜单位．支反力过大，以及墩底弯矩过大而出现墩底拉应力超出混凝土的抗拉强度的情况。此时，可以采取减图5梁端支座横向布置