獨柱支承連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析及加固處理

獨柱支承連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析及加固處理

1曲梁橋內(nèi)側(cè)護欄荷載的形成在高速公路的交叉口，采用g曲線的連續(xù)箱梁橋，每8個街區(qū)（20m8.160m）。兩側(cè)銷格上安裝反沖銷，中間僅設(shè)置單柱銷格。G匝道曲線箱梁橋的基本情況詳見圖1及表1。該橋主體施工完成后,護欄施工內(nèi)側(cè)單邊先進行,護欄施工從8號橋臺箱梁內(nèi)側(cè)向0號過渡墩箱梁內(nèi)側(cè)單邊施工。在施工完第7跨內(nèi)側(cè)護欄時,箱梁發(fā)生了嚴重的向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn),支座脫空,梁體側(cè)向滑移。0號過渡墩和橋臺外側(cè)支座脫空超過了10cm,0號過渡墩處箱梁發(fā)生了9cm左右的水平滑移(0號過渡墩處擋塊距箱梁約10cm);橋臺處箱梁由于受到橋臺擋土板的阻擋(擋土板局部破壞),水平滑移量較小。在這種情況下,施工單位立即采取措施,在箱梁外側(cè)堆放沙袋,以平衡曲梁橋內(nèi)側(cè)護欄荷載。橋梁扭轉(zhuǎn)變形得以減小,外側(cè)支座重新受壓,然后進行箱梁外側(cè)護欄施工,最后用千斤頂將箱梁平移就位。2曲梁橋穩(wěn)定性分析在曲線梁橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計時,由于相交道路的制約,同時為減少占用土地、改善下部結(jié)構(gòu)布局、增加視野和橋形美觀,其下部墩柱往往采用獨柱支承方式。G匝道橋曲率半徑350m、總長為8×20m=160m。G匝道橋箱梁抗扭約束較少,僅在曲梁橋的橋端設(shè)置抗扭支座,抗扭約束支座橫向間距偏小(橫向間距僅1.73m),箱梁橫向除中間墩設(shè)固定支座能起到一定的橫向限位作用外,其余墩、臺頂部無任何橫向限位措施。內(nèi)側(cè)護欄施工時,外側(cè)護欄未堆放沙袋,施工步驟不當,使曲梁橋在受到較大的扭矩作用,箱梁產(chǎn)生嚴重的扭轉(zhuǎn)變形,外側(cè)支座脫空。由于箱梁扭轉(zhuǎn)、支座脫空后箱梁重力引起下滑力超過了支座摩阻力,箱梁產(chǎn)生了橫向滑移。針對A、B、G、H匝道橋,應用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件,進行曲線梁橋抗扭穩(wěn)定分析研究。分析表明,對于半徑較小、總長較長、抗扭支座縱向間距較大、橫向支座間距較小的獨柱支承連續(xù)梁橋,因施工步驟不當或活載偏載,易出現(xiàn)支座脫空、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象,應重視其抗扭穩(wěn)定問題。3車荷載加固處理為保證G匝道橋運行期間,在偏心汽車荷載作用下,不至于再發(fā)生梁體扭轉(zhuǎn)、支座滑移,作者建議對該橋進行加固處理。加固處理考慮了以下2個方案。3.1活動設(shè)施內(nèi)跨古設(shè)施結(jié)構(gòu)(1)0號墩、4號墩由獨柱墩改為5m(橫向)×1.5m(縱向)的矩形板式墩。(2)4號墩頂箱梁頂起,設(shè)置兩個間距為4m的固定支座,取出原支座,橫梁鋼筋鑿出、接長,澆筑長為5m的中橫梁,箱梁下落就位。(3)0號墩頂箱梁頂起,設(shè)置兩個間距為4m的單向活動支座,取出原支座,橫梁鋼筋鑿出、接長,澆筑長為5m的中橫梁,箱梁下落就位。(4)8號臺頂箱梁頂起,設(shè)置兩個間距為4m的單向活動支座,取出原支座,橫梁鋼筋鑿出、接長,澆筑長為5m的中橫梁,箱梁下落就位。3.2墩頂箱梁活動設(shè)施(1)0號墩由獨柱墩改為6.5m(上端橫向)×5m(下端橫向)×1.5m(縱向)的V型板式墩。(2)0號墩頂箱梁頂起,設(shè)置兩個間距為5.5m的單向活動支座,取出原支座,橫梁鋼筋鑿出、接長,澆筑長為6.5m的端橫梁,橫梁底面和側(cè)面用碳纖維布加固,箱梁下落就位。(3)8號臺頂箱梁頂起,設(shè)置兩個間距為5.5m的單向活動支座,取出原支座,橫梁鋼筋鑿出、接長,澆筑長為6.5m的端橫梁,橫梁底面和側(cè)面用碳纖維布加固,箱梁下落就位。4端支護結(jié)果分析運用有限元ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件,對原橋、方案1和方案2進行恒載及單列偏心汽車活載作用下的內(nèi)力分析計算。各種荷載作用下G匝道的端支座反力結(jié)果詳見表2。通過分析比較,可以發(fā)現(xiàn)曲梁橋在偏心汽車活載作用下,方案1的支座最大扭矩可以比原橋結(jié)構(gòu)降低46%。而在掛車荷載作用下,端支座處的最大扭矩值比原結(jié)構(gòu)降低了7%左右。從端支座計算結(jié)果可以看出,原結(jié)構(gòu)在汽車偏心荷載作用下,會產(chǎn)生較大的支座負反力,支座將脫空。采用方案1和方案2加固后,端支座反力基本上為受壓支座,可避免支座脫空、梁體側(cè)向滑移?？梢姴捎梅桨?、方案2,梁體扭轉(zhuǎn)變形減小,抗扭穩(wěn)定性得到提高。方案1通過采用減小扭轉(zhuǎn)跨徑、增加橫向約束、增加過渡墩橫向剛度等措施,可以有效保證橋梁的抗扭穩(wěn)定性,并且施工方便,與互通總體協(xié)調(diào)性較好。方案2加固后的曲梁橋其扭矩值與原結(jié)構(gòu)變化不大,但支座抗扭能力有所增加。在恒載及外側(cè)偏心汽車荷載作用下,內(nèi)側(cè)支反力負值比原有結(jié)構(gòu)負值明顯減小,基本接近零;在恒載及內(nèi)側(cè)偏心汽車荷載作用下,外側(cè)支座反力為受壓正值。因而,方案2加固后勉強滿足汽車運行要求,但在超載運行的情況下,梁體支座將會脫空?？紤]到該匝道橋的重要性,綜合分析后,作者建議采用方案1加固處理。5曲梁橋加固方案比選A、B匝道橋為11跨1聯(lián)的獨柱支承連續(xù)曲線梁橋,其曲率半徑為80m、總長為11×20m=220m,其抗扭穩(wěn)定性較差?？古し€(wěn)定分析表明,A、B匝道橋在偏心汽車荷載作用下,會發(fā)生梁體扭轉(zhuǎn)、支座脫空,導致梁體側(cè)向滑移事故。因而,對于曲率半徑較小,橋梁總長較長的獨柱支承連續(xù)曲線梁橋,設(shè)計時應充分分析其抗扭穩(wěn)定性,以免梁體側(cè)向滑移。分析計算表明,A、B匝道橋按方案2加固后,在恒載及偏心汽車活載作用下,端支座負反力雖減小較多,但負反力仍較大,難以滿足設(shè)計要求?？梢娕まD(zhuǎn)跨徑過大,端支座很難達到扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定要求。A、B匝道橋中間設(shè)置一個抗扭支座的加固方案1與原結(jié)構(gòu)比較,扭矩及變形明顯減小,在偏心汽車荷載作用下,梁體支座扭矩的降低42%,在偏心掛車荷載作用下可以降低5%,有限元結(jié)構(gòu)程序分析表明,方案1減小扭轉(zhuǎn)跨徑,可較大地降低支座扭矩,減少梁體的扭轉(zhuǎn)變形,明顯地減少了支座反力,抗扭穩(wěn)定性增加較為顯著,較大地改善了曲梁橋力學性能。對于曲率半徑為540m、總長為7×20m=140m的H匝道橋,抗扭穩(wěn)定分析表明,H匝道橋曲率半徑較大,H匝道橋在偏心汽車荷載作用下,端支座扭矩較小,端支座反力差值不大,雖可能出現(xiàn)較小的支座負反力,但可通過調(diào)整各個支座的預偏心距,即可避免支座出現(xiàn)負反力,以免支座脫空。分析表明,按加固方案1、2加固后的H匝道橋,在偏心汽車荷載作用下的端支座扭矩均有明顯減小,在偏心掛車荷載作用下的端支座扭矩也降低較多。按方案1、2加固后,端支座均不出現(xiàn)支座負反力,均能達到抗扭穩(wěn)定的要求,抗扭穩(wěn)定性顯著增加。為施工方便,避免梁體側(cè)向滑移,選用方案2進行H匝道加固處理。通過對于A、B、G、H匝道曲梁橋加固方案比較,可見采取減少抗扭支座縱向間距的加固方案1,可顯著改善曲梁橋的穩(wěn)定性能;僅加大抗扭支座橫向間距的加固方案2,也可減小支座內(nèi)力,改善曲梁橋的穩(wěn)定性能,但效果遠不如加固方案1。針對不同類型的滑移穩(wěn)定事故,應根據(jù)具體情況,合理選擇加固方案。本文中的H匝道曲梁橋半徑較大,橋梁按方案2即可取得明顯的加固效果;G匝道曲梁橋半徑中等,曲梁橋按方案2加固,僅可勉強滿足扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定要求,按方案1即可取得明顯的加固效果。而A、B匝道,曲率半徑較小,橋梁總長較長,其扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定問題較為突出,按方案1加固處理,雖可取得明顯加固效果,但仍會產(chǎn)生一定量值的支座負反力,若中間增設(shè)兩個抗扭支座,即可取得更加明顯的效果,不會出現(xiàn)負反力,支座不會出現(xiàn)脫空,梁體可避免滑移。對于支座負反力數(shù)值不大的曲梁橋,可采用設(shè)置抗拔支座來防止支座脫空,對于僅在外側(cè)偏心汽車荷載作用下,內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)負反力,且負反力不大的情況下,也可調(diào)整抗扭支座的偏心距或增加內(nèi)側(cè)配重等辦法進行加固處理,解決扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定問題。6設(shè)置抗扭葉片的衡對(1)對于曲率半徑較小,抗扭支座縱向間距較大的曲梁橋應重視偏心汽車荷載作用下的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定問題。(2)曲線梁橋的護欄施工應對稱平衡進行,以免增加曲梁橋的扭矩,引起支座脫空,導致側(cè)