基于有限元分析的PC连续曲线箱梁桥典型病害治理

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1、26桥梁检测与加固2009年第2期基于有限元分析的PC连续曲线箱梁桥典型病害治理衣海明，李猛(1．山东大学土建与水利工程学院，山东济南250061；2．山东省公路桥梁检测中心，山东东营257091)摘要：针对某预应力混凝土曲线匝道桥在通车运营布置为21孔等跨30m，分联为5×30m+4×(4×前出现内侧支座脱空的现象，建立空间有限元模型对其进行30m)，位于2个R=400123．的右偏圆曲线和1个R受力计算，通过分析计算结果对通车运营后的支座工作状态一150m的左偏圆曲线段以及曲线间对应的缓和曲做出预测。对2种病害处理方案的有限元模型进行受力对线内，设计角度9O。。上部结构为现浇预

2、应力}昆凝比分析，验证了采用预应力钢拉杆进行支座脱空治理的可靠性，可为曲线梁桥类似病害的处理提供参考。土连续箱梁，下部结构采用桩柱式桥墩、桩柱式桥台。荷载等级为公路I级。关键词：预应力混凝土桥；曲线桥；箱形梁；有限元；病害治理上部箱梁结构采用单箱单室截面。各支点附近顶、底板及腹板均加厚；在各支点处设置横隔梁。箱梁横截面示意如图1所示。∞1引言丰上曲线梁桥能很好地克服地形、地物的限制，并且可以让设计者较自由地发挥自己的想象，通过平顺、流畅的线条给人以美的享受，因此自2O世纪7O年代以来，曲线梁桥在国外就被广泛应用于城市立交和公路桥梁建设中l】j。2O世纪8O年代以来，随着(a)跨中截

3、面大量高等级公路的修建和城市交通的快速发展，我国开始在公路和城市立交工程中修建曲线梁桥。尤其是近十几年来，曲线梁桥在我国得到迅速发展。尽管我国在曲线梁桥的理论和应用方面取得了较大的成果，但由于曲线梁桥这一结构形式的受力状况较为复杂，国内相当数量的曲线梁桥在设计和(b)联端腹板变宽段起始截面施工中还存在较多问题，如对扭转、平面内变形等问题的分析欠全面，支承等设计细节还存在不少问题口]，特别是部分曲线梁桥在通车后不久就出现梁体沿径向外移的现象，严重者甚至有倾覆的迹象。对于此类问题，应尽早发现并及时采取补救措施，以避免安全事故的发生。本文以某高速公路立交匝道(c)联端横隔粱截面单位：cm

4、桥实际工程为背景，采用有限元软件对小半径预应力混凝土连续箱梁桥的支座受力状态进行分析，在图1箱梁横截面示意此基础上提出支座脱空这一曲线梁桥典型病害的治理措施，为治理曲线梁桥的类似病害提供参考。3病害情况与成因分析2008年8月，验收时发现该匝道桥部分支座出2工程概况现脱空现象。出现支座脱空的为第2联～第4联，某高速公路互通立交匝道桥全宽8．5m，孔径均位于半径为150m的左偏圆曲线段内。脱空的收稿日期：2009一O6—11作者简介：衣海明(1982一)，男，2005年毕业于山东大学土木工程专业，工学学士，现为山东大学桥梁与隧道工程专业在读硕士研究生。总第3期基于有限元分析的PC连续

5、曲线箱梁桥典型病害治理27支座位于梁端曲线内侧，脱空高度为0．5～1．2CiTI；模型中共使用4种支承类型]：固定支座模拟为径21号桥台内侧支座脱空，脱空高度为0．5～1．5CITI。向、切向和竖直方向均施加固定约束；单向支座在切分析认为，该桥支座脱空的主要原因包括：①向释放约束，径向和竖直方向均施加固定约束；多向设计方面的原因。原设计对于支座偏心设置的计算支座在切向和径向释放约束，竖直方向施加固定约存在偏差，同时对环境因素考虑不足。桥梁建设场束；其中单柱墩墩顶支座相对于箱梁底面中心设置地气温偏高，对于场地的地质情况模拟不好把握，工了偏向曲线外侧的18CI'D_预偏心。程设计阶段的

6、假定条件与实际条件偏差较大。②施工方面的原因。根据现场施工过程记录，张拉预应力钢束时采用先中间后对称的施工顺序，这会对PZ3000SXPZ8000DX内侧支座受力产生不利影响，根据相关文献，由外侧PZ8000SXPZ8000GD至内侧张拉预应力钢束能够小幅改善内侧支座受图3第4联支座类型及布置位置力Ⅲ；另外施工结束后未及时拆除盆式支座临时固(4)荷载的施加：自重由程序自动计算；二期恒定螺栓也有一定的影响，因为若考虑中墩支座限制载采用梁单元以均布荷载的方式施加于梁上；因主径向位移，在“成桥”工况下将增大内侧支座拉力。要考察成桥后的受力状态，故所有预应力钢束张拉仅作为一个施工阶段，在程

7、序中通过一次张拉全部预应力钢束来施加预应力；汽车荷载按公路工级车4有限元计算与分析道荷载计算；假设成桥后基础沉降O．5CITI，箱梁顶4．1计算模型面考虑顶板升温5℃。对该匝道桥进行有限元计算主要是为了求得联4．2计算结果分析端支座的反力，为支座脱空的治理提供依据。建立联端的支座反力正值代表压力，负值代表拉力。合理的结构模型是有限元计算的首要任务。这里以需要说明的是由于在模型中支座模拟时施加了竖直支座脱空现象较为明显的第4联为研究对象，采用方向的约束，所以支座会提供拉