曲線箱梁橋震后病害分析及加固對策

梁 海 濤

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

·橋梁·隧道·

曲線箱梁橋震后病害分析及加固對策

梁 海 濤

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁橋?yàn)檠芯繉ο螅接懥嗽摌蛟诘卣鸷蟀l(fā)生主梁、橋墩偏位、支座損壞等病害的原因，并提出了具體的維修加固對策，以期為今后類似橋梁的施工提供理論依據(jù)。

曲線梁，抗震，病害，成因，維修加固

0 引言

隨著曲線箱梁橋應(yīng)用和研究的深入，我國在曲線箱梁橋理論方面取得了很多成果，但是國內(nèi)部分曲線橋的設(shè)計(jì)和施工還存在不少問題，主要是扭轉(zhuǎn)、平面內(nèi)變形等方面的分析不夠，支撐等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問題尚考慮不周。由于設(shè)計(jì)中存在的缺陷，導(dǎo)致在橋梁建設(shè)以及使用中發(fā)生多次彎橋主梁橫向側(cè)移、扭曲變形、支座脫空、固結(jié)墩開裂等事故。本文即是針對某預(yù)應(yīng)力混凝土曲線箱梁橋地震后主梁發(fā)生水平位移的病害開展研究，探討其病害原因和維修加固方法。

1 工程實(shí)例及病害

2013年7月22日07時(shí)45分，甘肅省定西市岷縣、漳縣交界發(fā)生6.6級地震。西安市及其周邊地區(qū)震感明顯。震后檢查發(fā)現(xiàn)某曲線箱梁橋主梁在各墩處發(fā)生橫向不同程度偏位，個(gè)別滑動(dòng)支座橫向位移過大，單向支座和固定支座限位裝置損壞。中間墩柱頂部發(fā)生橫向偏位，引起墩柱下緣開裂，結(jié)合墩處橫向錯(cuò)位嚴(yán)重，最大橫向位移23 cm，導(dǎo)致個(gè)別支座脫空，支座橫向限位裝置破壞，蓋梁擋塊斷裂和主梁較大的橫向位移。

2 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)檢測結(jié)果，初步判斷病害成因與結(jié)構(gòu)型式、溫度荷載影響、施工方法、預(yù)應(yīng)力影響、地震因素等都有一定關(guān)系。為了定量判定各種內(nèi)外因素的影響及程度，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，以量化評價(jià)各不利因素的影響程度和范圍。

2.1 計(jì)算模型的建立

病害橋梁平曲線半徑為217.80 m，荷載作用下的彎扭耦合作用明顯。主梁計(jì)算單元采用三維空間單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析?？紤]到支撐的空間效應(yīng)，在橋墩支撐處利用主梁伸出的剛臂單元作為聯(lián)系單元，保證支撐位置的準(zhǔn)確性。

對于以支座約束反力計(jì)算為計(jì)算目的的第一類計(jì)算模型，建立計(jì)算單元時(shí)僅考慮上部結(jié)構(gòu)，不考慮下部結(jié)構(gòu)。根據(jù)橋梁竣工資料及實(shí)際支撐條件確定計(jì)算模型的邊界條件。

對于以抗震計(jì)算為主的第二類計(jì)算模型，為了準(zhǔn)確分析地震荷載作用下的墩、梁、支座的聯(lián)合作用，其計(jì)算模型考慮了主梁、支座和橋墩的聯(lián)合作用和樁土的共同作用。

根據(jù)以上建模原則，采用結(jié)構(gòu)分析程序Midas Civil建立第一類計(jì)算模型如圖1所示，第二類計(jì)算模型如圖2所示。為了反映邊界條件的實(shí)際狀況，給出支座布置示意圖如圖3所示。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

通過對結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到如下結(jié)論：

1)依托工程對應(yīng)的3跨曲線梁在恒載作用下表現(xiàn)出典型的彎扭耦合效應(yīng)，主梁以固定支座為中心，各個(gè)滑動(dòng)支座處出現(xiàn)一定的縱橫向位移，支座限位裝置承受一定的水平支反力。2)溫度升高作用使得第5聯(lián)邊墩(11號、14號墩)限位支座承受向外的橫向力。且隨著溫度升高，橫向力不斷增大。按照普通單向活動(dòng)盆式橡膠支座非滑移方向的設(shè)計(jì)水平承載力不小于支座豎向承載力的10%的要求，邊墩限位裝置承載力僅23 t，而溫度升高20 ℃時(shí)橫向力已經(jīng)達(dá)到29.8 t，說明邊墩限位裝置承載力較弱，對于曲線梁橋，極易在溫度及其他荷載作用下，引起橫向限位裝置損壞。3)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)在邊墩支座限位裝置產(chǎn)生的反力與主梁滑移趨勢相反，也與固定支座所處的橋墩偏移方向相反，說明預(yù)應(yīng)力對抑制結(jié)構(gòu)向外的橫向偏位具有有利的影響；收縮徐變效應(yīng)對支座反力和變位影響不大。4)活載作用下11號及14號墩處支座橫向力及位移趨勢與病害橋梁一致，但數(shù)值較小，固定支座處反力與該支座所處橋墩偏移方向相反。5)隨著地震烈度的增大，11號、14號橋墩限位支座橫向力逐漸增大，在6度(0.05g)時(shí)為15 t，當(dāng)達(dá)到8度(0.20g)時(shí)可以達(dá)到61 t；橫向地震力對其他橋墩處的限位支座影響較小，即使在8度(0.20g)時(shí)，橫向力也不超過8 t。6)順橋向地震作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)遠(yuǎn)小于橫橋向地震激勵(lì)。即使在8度(0.20g)工況下，最大橫向力也不超過10 t。

3 加固對策

根據(jù)橋梁病害特征和成因分析，提出以下維修建議以供參考。

1)橋梁封閉，墩柱糾偏。由于部分支座脫空，限位裝置破壞，應(yīng)立即封閉交通，準(zhǔn)備實(shí)施整體糾偏和加固。建議首先進(jìn)行墩柱糾偏，再實(shí)施主梁糾偏。

2)主梁糾偏。對箱梁分別進(jìn)行橫向糾偏，恢復(fù)原平面線形。橫向糾偏可采用頂推法實(shí)施，即在各墩柱頂端位置設(shè)置施力支架，在主梁梁底安裝受力支架，采用千斤頂同步施力，在克服支座摩阻力后，迫使主梁橫向移位。此方法在國內(nèi)某立交匝道橋糾偏中成功應(yīng)用，具有施工效率高，費(fèi)用低的特點(diǎn)。

3)更換支座并增設(shè)縱橫向限位裝置。對失效支座進(jìn)行更換，恢復(fù)支座機(jī)能。根據(jù)限位支座更換的難易程度，建議增設(shè)額外的縱橫向限位構(gòu)造。

4)設(shè)置系梁。為提高橋墩橫向剛度，建議各排獨(dú)柱橋墩墩頂設(shè)置一道系梁，使得左右墩柱協(xié)同受力，能夠大大提高橫向剛度。在橫向限位裝置可靠的前提下，橋梁抵抗橫向荷載的能力將得到顯著提高。

5)墩柱裂縫封閉?？紤]到墩柱的受力特點(diǎn)，在墩柱糾偏完成后，對未完全閉合的裂縫進(jìn)行封閉即可，以滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求。

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The diseases analysis and reinforcement strategies of curved box girder bridge after earthquake

LIANG Hai-tao

(ShaanxiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Xi’an710065,China)

Taking a pre-stressed concrete continuous curved box girder bridge as the research object, this paper discussed the causes of this bridge after earthquake of main beam, pier deflection, bearing damages and other diseases, and put forward specific repair reinforcement measures, in order to provide theoretical basis for future similar bridges construction.

curve beam, seismic, disease, formation cause, repair and reinforcement

1009-6825(2014)35-0180-02

2014-09-29

梁海濤(1983- )，男，碩士，工程師

U449.7

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