独柱支承桥梁抗倾覆加固技术研究与应用.docx
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1、引言随着城市化进程的加快,我国修建了大量的高架、立交以缓解交通压力,但修建高架或立交匝道桥时往往有地面辅道或已有道路桥梁需要跨越,桥墩柱只能落在有限空间范围内,为了节省地面空间,将常规的横向双柱墩改为独柱墩,在独柱墩端设置成单点支承、横向双点支承或接盖梁采用多点支承。独柱支承桥梁根据邻近辅路或跨越路段需要修建成直线或曲线形式(如图1、图2所示)。图1独柱支承曲线桥图2独柱支承直线桥独柱支承桥主梁采用预应力混凝土连续箱梁或钢-混组合连续梁,以36跨一联等跨径或不等跨径存在。独柱支承桥梁为了维持桥梁的横向稳定,联端墩柱多采用桩柱接盖梁墩,在盖梁上设2个支座,中间墩采用墩梁固结或较接,较接中间墩T殳
2、设置成固定钱支座、横向固定支座、盆式橡胶支座。独柱支承桥梁轴线多为空间曲线独柱支承桥梁是一个空间结构,相比双柱支承式桥梁,其构造、受力和结构分析方法要复杂得多,其抗倾覆稳定性问题居第1位。近年来,车辆数量和载重量快速增长,随之带来的就是桥梁实际承载能力远远超过了设计承载能力,导致近年来国内多起独柱支承桥梁倾覆事故的发生。此外,早期建设的桥梁经过多年的使用也需要维修加固。目前急需对存在安全隐患的独柱支承桥梁进行现场特殊检测及验算复核,依据检测结果和验算结果对存在问题的桥梁制定针对性的处理方案并及时进行加固处理,保障桥梁的安全运行。1、独柱支承桥梁受力特点独柱桥虽然广泛应用到城市立交和匝道桥中,但
3、由于其结构形式导致受力性能主要有如下2个特点:(1)弯扭耦合和箱梁的畸变效应。对匝道桥而言,主梁受弯矩和扭矩2种外力的作用,一般情况下,运营中大量的弯桥未设完丑支撑,对整桥而言抗倾覆扭矩作用到墩台及独柱上的支座上,如果上述倾覆扭矩超过设计能力,则很可能会导致端部内支座脱空,同时在温度的作用下主梁有外移倾向,上述因素共同作用严重时可导致上部结构整体失稳或倾覆落梁。在反对称荷载作用下,使上部结构梁体在非正常受力状态下产生畸变应力。(2)支座反力不对称。在恒载情况下,弯桥端部的支座反力呈外大内小受力状态。因而在进行结构设计时,需考虑以下问题:自重和预应力荷载作用时扭转问题;弯曲匝道桥偏载因素导致的支
4、座抗倾覆稳定性问题;墩柱刚度不足时,受柱顶水平力影响问题。2、独柱支承桥梁破坏形态及破坏特征独柱支承桥梁破坏形态主要有:(1)桥墩破坏形态。主要为压弯破坏。主梁发生临界倾覆前,一般情况下桥墩并未发生破坏,桥墩的破坏是箱梁在倾覆后短时间内局部受压形成。主梁在偏载超载情况下相对于独柱支座梁体发生偏转产生转角,当转角较大时主梁底部将与墩顶接触,导致墩柱局部受压过大发生破坏。(2)主梁破坏形态。主要是主梁横向发生了转动,而主梁端部并未发生弯曲,仅沿纵轴线产生了纵向位移,在桥墩倾覆前主梁没有发生弯曲强度破坏。独柱支承桥梁破坏特征有:(1)中墩较接独柱支承直线桥。在偏载不利情况下,中墩较接独柱支承直线桥上
5、部结构将会产生较大的倾覆力矩,如果倾覆力矩大于结构本身的稳定力矩时,随着主梁扭转效应的增加,桥台(或联端支座)会出现脱空,其他支座反力会因此发生重分布的情况,当相对于中柱滑动支座倾覆作用不断增加时,桥梁由墩柱支座受压的稳定体系逐步转变为部分支座负压力的不稳定状态,导致最终发生上部结构倾覆或落梁事故。(2)中墩较接独柱支承曲线桥。在偏载不利情况下,中墩较接独柱支承曲线桥上部结构将会产生较大的倾覆力矩,如果倾覆力矩大于结构本身的稳定力矩时,随着主梁扭转效应的增加,桥台(或联端支座)会出现脱空,其他支座反力会因此发生重分布的情况,当相对于中柱滑动支座倾覆作用不断增加时,桥梁上部结构的倾覆力矩随之发生
6、变化,墩柱支座抗倾覆能力的安全储备不断减小,当荷载增量达到一定限度或构件出现强度破坏时,桥梁无法再次达到平衡状态而发生整体倾覆【2一引。3、独柱支承桥梁抗倾覆稳定主要影响因索独柱支承曲线梁桥的抗倾覆稳定性主要分直接因素和间接因素。直接因素:汽车超载;间接因素:自重相对荷载偏小、曲率半径过大、梁端支座间距过小等。此外,梁体在温度、收缩徐变、预应力等与汽车活载的多种组合作用下会导致结构的变形、爬移、转角增大等病害,从而使桥梁的初始稳定状态破坏,虽未能引起桥梁瞬间倾覆,但在长期作用下,会使桥梁稳定体系发生改变。4、抗倾覆加固技术4.1 加固方案桥梁存在不同程度的边墩支座脱空和开裂、桥面伸缩缝高差等病
7、害,需要进行抗倾覆加固处理。同时,边墩开裂支座需要进行顶升更换处理。(1)抗倾覆加固永久措施:桥梁中墩采用加大截面或柱顶增设盖梁措施,利用增设调高调平抗倾覆辅助支座进行抗倾覆加固。(2)小盖梁方案:桥梁中墩墩柱采用外包钢板、内部浇注C45自流平无收缩混凝土的方式进行加固;墩柱上部增设钢盖梁;盖梁顶面沿径向在现况支座两侧各增加一个调高支座,原支座保留。(3)支座更换:当支座表面出现裂转超限等严重病害,部分或完全丧失其使用功能的,属于重度病害,按规范要求须进行更换。4.2 加固施工工艺及要点4.2.1调高支座安装施工要点首先在梁底钻孔,将支座上套筒放入并用高强植筋胶粘接,支座套筒钻孔应位置准确,保
8、证垂直度和孔间距,注胶密实,支座安装方向确保无误,且确保支座上调平钢板的平整度满足规范要求;新建盖梁顶面钢板放样定位,将支座下套筒放入钢板预设孔洞并套上支座加强钢板,将支座下螺栓定位,并在支座下方设置钢筋网;将新建盖梁顶面钢板焊接于墩柱钢板,可采用斜撑固定顶面钢板,接着焊接新建盖梁底面和侧面钢板;支座上下套筒螺栓半拧紧,下套筒螺栓与新增盖梁上钢板进行焊接固定;浇筑完混凝土后对盖梁进行养护,将支座上下套筒螺栓拧紧,养护完成后对支座进行解锁;对支座进行调高顶升。4.2.2 支座更换顶升施工要点更换支座需在主梁横梁断或腹板底布设顶升支架及千斤顶,通过同步顶升更换支座,千斤顶、油泵、同步控制模块布设见
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