預應力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋爬移

預應力混凝土連續(xù)曲線箱梁橋爬移研究一、緒論彎梁橋在現(xiàn)代化的公路及城市道路立交中應用非常普遍。而在國內(nèi)的一些大型互通立交中，大多采用了預應力混凝土連續(xù)彎箱梁橋。這是由于預應力混凝土連續(xù)彎箱梁橋有著一定的自身優(yōu)點：預應力鋼束的布置大大增加了橋跨的跨徑，箱梁作為一種閉合截面具有很強的抗彎和抗扭剛度，連續(xù)彎梁增強了行車的舒適性等等。但是近幾年來發(fā)現(xiàn)，一些彎梁橋在運營過程中，出現(xiàn)了一些梁體滑移甚至翻轉的橋梁事故。實際上，預應力混凝土連續(xù)彎箱梁橋在使用過程中，由于預加力、溫度效應、車輛行駛或一些其它影響因素的作用，會產(chǎn)生側向的變位。由于彎梁的結構特點、支承形式等原因，當外荷載等影響因素消失后，彎梁發(fā)生的側向變位并不能夠完全恢復，彎梁在側向會產(chǎn)生部分不可恢復的殘余位移。長期反復作用下，側向的殘余位移就會累積，產(chǎn)生較大的位移，即彎梁橋的側向位移問題（國內(nèi)有專家稱之為“爬移”現(xiàn)象）。彎梁橋的側向位移問題輕則導致梁段伸縮縫的剪切破壞，影響其使用壽命；嚴重的則會出現(xiàn)支承結構破壞、梁體滑移和翻轉。橋梁在使用過程中出現(xiàn)該類問題，不僅影響交通，而且加固起來非常困難，造成巨大的經(jīng)濟損失。本文在xx大橋引橋匝道模型的基礎上對小半徑、大跨度預應力混凝土等高度連續(xù)曲線箱梁橋的結構受力進行分析和討論，驗證設計理論并確定復雜結構細節(jié)的受力狀態(tài)，針對實際當中存在的問題提出對“爬移”現(xiàn)象相應的改進意見和建議。二、模型的建立本文將直接借助于目前應用較廣、被廣大工程師所熟知的MIDAS/Civil進行分析研究。文中用到的單元類型包括：空間梁單元及空間實體單元。結合本文的研究主題，所需要的數(shù)據(jù)主要包括梁體的徑向（橫橋向位移）、豎向撓度（扭轉變形）、支座反力以及橋墩的內(nèi)力。為了研究曲線梁橋的受力行為特性，結合xx大橋引橋匝道實際情況。采用如圖形式的曲線梁橋作為研究對象。圖2.1曲線梁截面形式橋梁計算行車速度，計算沖擊系數(shù)暫取為0.15。活載按照兩車道考慮。收縮徐變參數(shù)參照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62-2004）（以下簡稱新橋規(guī)）取值:,,,,（—收縮開始時的混凝土齡期（d）；—加載時的混凝土齡期（d）；—強度等級C20～C50混凝土在28d齡期時的平均立方體抗壓強度（）；RH—環(huán)境年平均相對濕度（%）；—依水泥種類而定的系數(shù)。）圖2.2現(xiàn)場梁截面圖全橋上部結構為三跨連續(xù)結構，各墩采用橡膠支座，全橋采用空間梁單元分析計算，同時考慮橡膠支座的影響。姨圖姑2.句3心半徑傅為音5忠0輪米模型花三、曲線梁橋河受力分析團曲線箱梁橋主氣梁的彎曲程度腫是影響彎箱梁去橋受力特性的斑最重要因素，氧考慮到曲率半躲徑不能全面的項反映其彎曲程停度，因為曲率具半徑相同時跨任徑越大彎曲程牽度越大，因此竭，將反映主梁工彎曲程度的參蚊數(shù)定為跨長同議半徑的比值。鮮在本章中，將膊結合算例，固話定彎箱梁橋的疼跨徑不變，而堆將曲率半徑分付別取加為小50荒m味、何100猶m總、違300讓m即、躺500赴m從、利700但m糞，墓1000劇m牌計算曲線箱梁米橋在不同的曲他率半徑下結構勉的反應。景支責座更辨羅半徑味＝漢50厭懷半徑針＝勒100宗沉半徑杰＝訪300乒乘半徑喉＝厭500螺畫半徑四＝遺700屋拳半徑研＝于1000弱0扛＃觀外冊1植162.1豬踐965.2吐7雙91.5辱7細65.1柳7屈24.8冬7詠13.0冬0粉＃爐內(nèi)外讀221.8盾板451.3惕6艘15.4蜜6滔41.6下6漿91.2盆6禽99.7纏1據(jù)＃選外設1壓881.4匪1次971.5廁20唱10.3躲20糖11.4快19哪72.3武19祥63.8趨1影＃生內(nèi)到1劑877.9蒜1宗903.1桿19奮96.5攤19測81.5駐19么61.5嘆19偉57.9堤2毒＃南外仿1召937.9棚2至134.1摔20秘13.4鴉21書14.7爽20儉32.7悄21適01.1檔2紹＃扔內(nèi)史1頂810.7助1加987.2顛19叫65.5恥20轟10.5駕20玉01.6哄20滲98.7誕3燭＃睬外名1穿158.7撓般958.1掌7梢92.4冒7東72.8性7周31.8健7恰21.4斷3枯＃腫內(nèi)探河227.9宅鉛460.7悅6汽23.7舞6訊52.7烘6最93.3腹7械01.3猴表炮3.鉗1憐自重荷載下曲辦線梁橋變更曲肢率半徑時的豎懼向支反力原表的支座豎向濤支反力看，隨念著半徑的增大付，內(nèi)外側支座缸的支反力趨于密對稱。表中的軌數(shù)據(jù)顯示，在修不同半徑下，胞梁端支座內(nèi)外僅側豎向支反力流相差較大，且回受曲率半徑的溪影響較大，這疑在比較窄的單帳向車道曲線箱慶梁的梁端支座侵表現(xiàn)的最為顯才著；而中間橋府墩上內(nèi)外側支抗反力相差較小瞎，其受曲率半奸徑的影響也較合梁端支座小。辣圖凳3.平1倍不同曲率半徑貪下的梁體位移合由曲線顯示，滑當曲線梁的曲暢率半徑越小，崖梁體向外側的漂扭轉就越厲害做，曲線梁側向鎮(zhèn)位移也隨著曲察率半徑的減小狡而增大，而且庸同樣是梁端的灣側向位移變化葛最為明顯。扭荷轉變形和側向擁位移也是當曲彎率半徑越小，忠變化越為敏感帳的。鈴3.25瘡0城米跨徑扭轉分城析模幼型賓嗽微3盯.310汁0貧米跨徑扭轉分豆析模型違3.430蛾0捎米跨徑扭轉分挨析模寶型新算振3.允550者0晃米跨徑扭轉分捎析模型萌3.670貧0壩米跨徑扭轉分隆析模證型娘網(wǎng)裁3.7噴100防0螺米跨徑扭轉分握析模型菊四、曲線橋的富受力特點山影響曲線橋因聲素主要有以下選幾個：曲線梁幫橋的曲率半徑萬、支座布置方地式以及邊跨和格中跨比等。曲凍率半徑的增大仙能夠使內(nèi)外側捏支座的豎向支填反力趨于平衡蓬，在跨度不變贏時，半徑越小笛，邊墩內(nèi)外側厘支反力的差別塊就越大，內(nèi)外撐側支反力比就問越小。半徑售在艙5述0曾～遙500棚m孕范圍內(nèi)變化時伍，內(nèi)外側支反幕力的差別較大兇，外側反力遠益大于內(nèi)側反力韻，內(nèi)外側的反覺力比細在版2絡3枯％給～遣8坑3狼％之間變化，壩即外側反力是昆內(nèi)側反力瑞的報4.塔3溝～壟1.碎2船倍。當半徑持灘續(xù)增大時，內(nèi)戰(zhàn)外側的反力比韻也隨之增大，勝即內(nèi)外側的反襪力越來越接近礎；誕當厚R惠＞乖1000燙m癥時，曲線梁橋畫已接近直線梁察橋，內(nèi)外側反芒力基本相同?，F(xiàn)在預應力作用槍下，曲率半徑邁的改變還會使約支反力在縱橫攜橋方向的分布封形式發(fā)生變化敗。外變更支座類型涂對于支座豎向飲支反力的影響革較小，更多地便是引起了支座湊的平面內(nèi)支反貿(mào)力的變化；而店增大間距則主跟要是引起支座待的豎向支反力桿變化，使得內(nèi)蛇外側支座的豎酬向支反力趨于搞平衡，而且只釋需要調整梁端露支座的間距便潛可以大大改善李梁端豎向支反搶力的不利情況墓?？礡研＜和100黑m慰時，邊支處梁莫體的剪力受半餃徑影響明顯，捐隨半徑的減小粒而減小。李梁端扭矩隨著個半徑的增大而垃逐漸減小，屯當埋R壞＝壇5眉0賀～再500變m荒時，梁端扭矩孫隨半徑變化明魔顯，特別流是瞇R弟＝谷5共0慨～件300勇m胸時，梁端扭矩擺隨半徑的增大堪基本呈直線下梯降了梅約輪62.脆5冷％；但攝當鐵R炒＞撐1000壩m骨后，梁端扭矩沾基本保持不變咽。因此增大曲脾率半徑有利于襪降低梁端扭矩災（梁端扭矩和堵梁內(nèi)最大扭矩網(wǎng)基本一致）。櫻梁端扭矩與其懼跨中彎矩的比折值隨半徑的增湖大不斷減小常。盡R架＝恰5藥0疤～柴300寧m鉛時，比值下降圓較快，訓由島16.桿4舅％變化災到遙5牲％。半徑繼續(xù)嗚增大時，比值苦變化很小。悉對曲線梁橋簡偏化計算條件的扯分析：亦當射R憤＜子300陪m屠時，相應的圓屯心黎角五Φ惑＞嫂28.6丘，扭矩與彎矩悉的比值屈為儲16.鐮5往％席～速5曾％，邊墩支反拘力、邊墩內(nèi)外候側反力比、扭炮矩、彎矩等的痕變化急劇。因擴此在計算時，咬所有內(nèi)力都應成考慮曲線的影占響。忍當赴30疊0煌＜訓R剩＜斧1000父m款，即相應的圓檢心姓角汁5.7賓＜種Φ沿＜籌28.6買時，扭矩與彎冰矩的比值譽在雷5勒％刪～貼1且％，縱向彎矩睬、剪力基本無鞠變化，而反力紫與扭矩則有一瓜定的變化。因鵝此在計算時，振縱向彎矩與剪合力可按直線梁畝橋考慮，而支遲反力和扭矩須獲按曲線梁橋考子慮。戀當富R搜＞愈1000礦m據(jù)，即相應的圓覺心啄角贊Φ寧＜瘦5.7茂時，隨著半徑億的變化所有內(nèi)屈力基本保持不扶變。此時，曲典線梁橋可完全泛按直線梁橋處吹理。騙以上三條規(guī)律陽跟日本道路工需團規(guī)范《道路差橋示方書同解揪說》中有關條率款基本一致。土對于主跨崇為鈴30凳m扮的曲線梁橋，允在不同的跨徑臉組合下，以邊擔墩支座受力均亞勻為判定條件世的話，存在一嶺個適宜跨徑比德，其值菠在榆0.6擺5愚～劫0.7驅5謹之間變化。隨假著半徑的增加倆，邊墩內(nèi)外側洽反干力的均衡性受嚴邊中跨的影響飄減小。在中跨倡跨徑呀為候40族m勉和代50蘋m棍時，邊墩反力屑比表現(xiàn)為基本企相同的規(guī)律。身隨著邊中跨比含的增加，邊墩升內(nèi)外側反力之秋比變小，這表匙明，邊墩內(nèi)外舊側反力變得不竹均勻。從這一銜點來說，邊中芝跨跨徑之比宜盈取小值。當邊繪墩內(nèi)外側反力業(yè)比跳≥朝2遵0扁％時，邊中跨晉徑比項應毅≤爪0.雜7默。結合分析結路果，邊中跨徑懶比值圈在斑0.鋪7啞左右為最佳。件五蘇、貝“怎爬必移闖”版問題卷從前文的分析燈看，橫向位移廉、扭轉以及支視座的支反力問斧題是曲線箱梁豐橋結構受力的潛主要問題，正循如本研究關于辨國內(nèi)曲線梁忍橋泥“府爬筒移州”蛛問題的調查結暢果，諸如梁體害滑移、梁體轉湯動等問題大多芒出現(xiàn)在梁體橫披向比較窄、單氧向車道的預應柳力混凝土連續(xù)胳曲線梁橋中。道“濃爬轉移浪”壯現(xiàn)象，是一些貓橋梁專家針對游于曲線梁橋出燥現(xiàn)橫向位移而泡引發(fā)曲線梁橋錯事故而提出的刮。從表面上看鍬，曲線梁橋閣的嬸“趙爬帥移膏”殘問題是指彎梁漁在使用過程中石出現(xiàn)的橫向位敏移。而實際上謀，曲線梁橋息的物“寸爬儲移洋”浸問題不僅僅有慌曲線梁的橫向距位移，更要的晃還有曲線梁在認橫向的扭轉現(xiàn)挑象，即曲線梁坐在橫向各點撓等度的差異問題浴。曲線梁的橫豎向位移和扭轉至是曲線梁橋發(fā)羅生爬移現(xiàn)象的京一種外在特征桶，其中還有支局座的支反力問擾題，與橫向位權移相對應的是切支座的徑向支低反力，與扭轉季相對應的是支家座的豎向支反察力。因此，研凳究曲線梁橋內(nèi)的果“求爬極移械”部現(xiàn)象，主要就講是分析曲線梁傍橋的支座支反喇力問題（包括恰徑向支反力和圾豎向支反力）澆、曲線梁的橫完橋向位移以及倦曲線梁的扭轉川情況。擾連續(xù)曲線箱梁法在預加力、溫槽度效應以及車侄輛離心力的作瞇用下，會產(chǎn)生袖一定的橫橋向薄位移（梁體無漿剛性約束）或休者有橫向位移融的趨勢（梁體恩設置了剛性約圈束）。最初，盞曲線梁出現(xiàn)的灶這些橫向位移完是與橋墩相協(xié)鍬調的，梁體還叨沒有產(chǎn)生相對鄉(xiāng)于墩臺的橫向斬位移，也就是部此時曲線梁的鋤橫向位移需于艇正常使用情況嫂下的情形，不君會產(chǎn)生類似導偏致伸縮縫剪切基破壞、梁體滑音移、翻轉等事漁故。但隨著外方界影響因素的壞增加和加強，備曲線梁支座的違徑向支反力、煌豎向支反力問遞題逐漸嚴重，徒梁體的橫向位桃移和扭轉變形柱也逐漸顯著，食此時，連續(xù)曲襪線箱梁可能就體會出險現(xiàn)掃“灶爬討移其”禍現(xiàn)象。就不同慶支承方式而言雄，分兩種情形限討論：瓶1嘉）如果曲線梁撇橋采用了板式擔橡膠支座或者砍是無專門用于但約束梁體平面牙位移的支座時少，支座在徑向看對梁體的約束妥是靠支座與梁排體間的摩擦力葬，該摩擦力為攔支座的豎向支踩反力拼與摩擦系數(shù)庫的乘積，即葉。圖5.1梢如前文所敘，甜曲線梁橋在使埋用時，一般內(nèi)驗側支座的豎向占支反力是相當已小的，也就是缺值同會很小，相應繩支座與梁底間示的摩擦力方灘數(shù)值會很小。凱而曲線梁由于領預加力、溫度缺效應以及車輛趙離心力等因素斬，梁體會有促頃使自身向外側鞠變形的橫向內(nèi)搞力，它在支座握處就表現(xiàn)為徑誕向支反力火。該當鉗污時，梁體就會由失去由支座帶喪來的徑向約束證，此時曲線梁濟必然發(fā)生橫向該位移。免如前文所敘，渾曲線梁橋在使富用時，部分支斥座甚至會出現(xiàn)嚷拉反力，即支暖座脫空現(xiàn)象。出如果支座脫空寶，摩擦力也就瞞不存在了，即孔。此時，曲線逮梁橫向發(fā)生位勸移會不受任何表的約束。呼另外，車輛在躍橋面上行駛時岡，會不斷地對脈橋面有沖擊作上用。特別是在抵過渡墩（臺）培處，由于伸縮脅縫的影響，車害輛的沖擊作用惡更為強烈，而千過渡墩（臺）神處的支座的豎烈向支反力本身搖就要比其它墩焦小，這樣使得推過渡墩（臺）探處支座更容易逃出現(xiàn)橫向位移怖，從而導致爬碧移現(xiàn)象的出現(xiàn)易。逆2幻）如果曲線梁免橋采用了盆式猜橡膠支座，盆章式橡膠支座有茂雙向活動支座辣、單向活動支京座和固定支座穩(wěn)之分，一般這包三種支座會在鏟同一座曲線梁汁橋中出現(xiàn)。告曲線箱梁的內(nèi)境側布置的單向糞活動支座或者鋪固定支座，外橋側均為雙向活覆動支座。在組晝合荷載作用下限，箱梁內(nèi)側支支座均出現(xiàn)了拉評反力，即支座蟻會脫空；而且滲箱梁向外側的獎扭轉程度較大斜，箱梁較大的寒扭轉可能會造煎成單向活動支愈座或者固定支鞭座失去橫向約捎束，如啊圖輔5.雄2看所示。圖5.2芝圖中盆式橡膠竭支座的桂設計值是較小裙的，一般設在而1.5c稻m霸～暗3cm忽飛之間，如果曲悄線箱梁內(nèi)側支正座脫空后的脫盈空距離道，則彎箱梁會赴因橫向力（由限預加力、車輛揚離心力以及梁孟體發(fā)生扭轉后幅恒載的分力組旱成）而發(fā)生橫幕向滑移，嚴重售時梁體甚至會注翻轉。就該示劃例而言，當梁爽體發(fā)生平面旋翼轉宋角很15/28染2耽0爽＝體0.005掘3旋，汗即群0.3縫0務。時，曲線梁挖就會出現(xiàn)滑移賢、翻轉。因此陣，舍總而言之，預親應力混凝土連筐續(xù)曲線箱梁在團使用過程中，跡甚至是在施工春的過程中，會售由于設計不夠霜合理和惡劣的鴨環(huán)境影響，梁企體可能會出現(xiàn)方沿徑向的滑移趟和向梁體外側迎的翻轉，即曲感線梁橋的爬移刑現(xiàn)象，具體表鐘現(xiàn)在支座的橫懼向支反力、豎窮向支反力、梁惡體的橫向位移驢以及扭轉變形孫。據(jù)六、解決方法速及措施民采用盆式橡膠卷支座。盆式橡稼膠支座是鋼構巖件和橡膠相組派合而成的新型世橋梁支座，具發(fā)有承載力大、浴水平位移量大湊、轉動靈活等廚特點。支座按就照使用性能分詞有三種型式，劍即雙向活動支塘座、單向活動英支座和固定支須座，這三種型賓式的支座進行湯合理的布置后域，能夠很好地晌滿足曲線梁橋健的變形特點，充曲線梁橋的受國力、變形也比砌較明朗。雙向罵活動支座能夠默很好地放松對夫彎箱梁的約束孩，避免彎梁在踏平面內(nèi)出現(xiàn)額聞外的內(nèi)力；單喂向活動支座不炊僅能夠給彎梁巾作導向作用，御還可以約束彎墊梁的橫向位移駕；固定支座以罵及單向活動支未座能夠很好地破使得梁體與橋昆墩協(xié)調變形。絨而且交通部沿于笑1999口鋤年雹9揉太月隔1負獎日開始實施的令《公路橋梁盆鋒式橡膠支座》犧（達JT391-套199跟9艦）新標準對該值類支座在技術吳標準上進行了葡更新：支座承伐載力由原標準融的清1000K給N恐～升20000K嫩N腐帝擴大為現(xiàn)標準阻的藏0.8M墨N臣～享60M歷N掘，擴大了使用棕范圍；提高了戒聚四氟乙烯的躍物理機械性能熄，使得活動支泛座最小摩擦系漸數(shù)鍬由威0.04綱慮調擊為槽0.0憑3節(jié)；擴大了支座暴轉角，由原來俊的刑0.011撓64ra霉d玻（忌4紫0義’熱）變唯為武0.02r辱a冊d邀（炎1炎。能0叨8糊’播）；雙向活動耽支座增加了位刑移量，單向活岸動支座橫向考孝慮奶±3mm沿爪的位移等等?；⑦@些都使得盆礎式橡膠支座能笑夠更好地滿足澇曲線梁橋工作足時的需要。晌如果曲線梁橋艷的下部結構為共柔性墩，即墩姻身較高、平面搜抗推剛度較小傘、柔度大，而會且橫橋向設置辟了兩根墩柱，難這樣的預應力協(xié)混凝土連續(xù)曲臨線梁橋可以采賴用較多的單向拘活動支座和固棚定支座，甚至解可以采用墩梁甩固結體系。使靜得彎梁的平面格內(nèi)變形受到支們座及其橋墩的械約束，利用橋勉墩的平面抗推桃剛度來降低梁醉體的平面內(nèi)變偷形，同時也利慚用橋墩自身的豐柔度來適應梁五體的變形，從川而達到梁體和擋橋墩的共同變既形。利用高墩遞的柔性，這種瘡協(xié)調變形是能傷夠很好地發(fā)揮縱的。撥6.贈1處高墩雙柱曲線電梁橋支座布置背形式肥高墩雙柱曲線逐梁橋采用圖示那的支座布置方吩式時：其一，塘由于橋墩柔度遍較大，支座的濃平面支反力會歇較小；其二，瘋曲線梁雖然會勿有橫橋向的位詞移，但該位移繁與橋墩的變形期是一致、協(xié)調哀的，而且在梁姿端與箱梁曲線處梁之間也沒有坑相對位移；其敬三，由于箱梁甲截面為扁箱，庭且有雙柱墩，低曲線梁的平面抖旋轉角度也很喊小，不會出現(xiàn)壟支座脫空。因廈此，采用較多桃的單向活動和朽固定支座是可歲行的。租6.化2鞠現(xiàn)場實物圖草減小下部結構哲的抗推剛度。宿采用下圖中的撿支座布置方式跡，隨著橋墩高乘度的減小，曲逼線梁橋下部結臨構的抗度剛度貴逐漸增大，可況能會有部分支滑座出現(xiàn)平面支纖反力過大，以則及墩底彎矩過津大而出現(xiàn)墩底猜拉應力超出混沃凝土的抗拉強秩度的情況。此胡時，可以采取標減小下部結構氏抗推剛度的方棚法，增加橋墩咽的柔度。具體蠻的做法是如圖公所示：鉗（柄1屋）優(yōu)化基樁的飾布置，在滿足嘆其承載力的基朋礎上，可以將憐群樁改為單排璃樁；陵（跡2渾）如果采用單好排樁的下部結斑構柔度仍然不趣能滿足要求，晉可以進一步采造取取消承臺的翻做法。圖6.3漏如果曲線梁橋漏下部結構為剛鉗性墩，即墩身倒較矮、抗推剛摧度大、柔度小奪