桥梁加固技术

桥梁加固技术分析1问题的提出1.1工程概况xx线郑州xx大桥，其上部结构由71孔40m上承式钢板梁组成，双线桥墩，上下行桥面线路均为木枕明桥面，为一铆接钢板梁。通过对该桥的实时监测结果表明，提速货车通过桥梁时，桥梁跨中横向振动幅值普遍较大。中等跨度铁路桥梁横向刚度不足、横向振动较大已成为普遍现象。通过理论计算与现场实测，认为铁路上承式钢板梁桥横向振幅过大的主要原因之一是梁体本身的横向刚度不足，当列车以高速通过桥梁时，对桥梁的横向作用力增大，桥梁的横向位移过大。该桥钢材采用16Mnq钢，两片主梁中心矩为2m，每片主梁由高3280mm厚12mm的腹板及宽450mm的翼缘板用12mm×12mm的自动焊缝连接组成工字截面。腹板全长达40.6m。翼缘板采用变截面的，在翼缘截面变化处，在构造上都考虑了使截面均匀过渡。竖向加劲肋用板条做成，成对地布置在腹板的两侧。从支点到跨中以间距为：1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m分布。1.240m上承式钢板梁模型的建立腹板采用截面为3280mm×12mm，长40.6m的板单元模型。y方向按竖向加劲肋布置进行剖分，另外在翼缘截面变化处再进行细分，z方向剖分为3块。上、下翼缘沿y方向采用不同截面的板单元模型。y方向为与腹板连接，剖分形式和腹板相同。考虑到竖向加劲肋的宽度，x方向剖分为4块，1块的宽度为竖向加劲肋的宽度。另外，由于我们把桥面铺装平均到主梁的上翼缘板，故上翼缘不同厚度的板单元的密度不同。下翼缘密度相同，等于整个结构的密度。上、下平纵联采用truss单元，横联也为truss单元，横联、斜撑采用truss单元，每隔4m一对。竖向加劲肋为板单元，厚度为12mm。本模型由板单元(plate)、桁单元(truss)组成。其中共有节点1184个；桁单元包括上屏纵联杆件61，下平纵联杆件46，横联杆件20，共计127；板单元包括腹板222，上、下翼缘592，竖向加劲肋432共计1246。2静力加固方案研究对于线性静态应力分析，我们采用中-活载的换算荷载布置荷载，查中-活载的换算荷载表得：加载长度为40m，跨中的换算荷载为96.1kN/m。根据有限元分析结果确定梁的内力控制截面，控制截面的选择必需有代表性，便于分析和计算。挠度控制截面应布置在结构最大挠度处，应变测点应布置在最不利端面的最大受力纤维上。本例为单跨简支梁，故我们选跨中为控制截面。我们以提高梁体的横向刚度和自振频率为目的，对40m上承钢板梁桥的横向静力加固方案和动力模态进行了较为全面的研究和计算分析。分别对不同的加固方案进行了建模分析，计算出了控制截面处的横向位移、竖向位移、总位移、构件的应力和自振频率等参数，进行分析比较，从而选出合理的加固方案。为了提高钢板梁的横向刚度，进而提高桥梁的横向自振频率，在一定速度下避开共振区，改善桥梁的横向动力特性，一个较有效的措施就是提高上、下平纵联的抗剪变形能力。因此，可以采取措施加强上、下平纵联的连接杆件，用以提高上、下平纵联的抗剪能力，增强钢板梁的横向刚度。2.1加强上平联方案一：将上平联的三角连接形式改为交叉连接形式。2.2加强下平联方案二：在方案一的基础上，将下平联的横联加密。猛方案三：在方驻案二的基础上冷，将下平联的跌三角连接形式吐改为交叉连接弟形式。民2.3汽树上平联双倍加丈固朽方案四：在方炎案三的基础上异，将上平联的覆横杆的截面加共倍。袍方案五：在方群案四的基础上皮，将上平联的爹交叉杆件的截浩面加倍。歌2.4查泉下平联双倍加卡固商方案六：在方乐案五的基础上驾，将下平联的田横杆的截面加筛倍。堡方案七：在方轨案六的基础上形，将下平联的仅交叉杆件的截内面加倍。极2.5贯扫横联双倍加固依方案八：在方往案七的基础上株，将横联的交浊叉杆件的截面垦加倍。负3它所加固前后计算海结果对比甜3.1逼课计算结果芒表卧3-1连野各方案位移、推内力比较备总位移赵(三m)轧水平位移锦(伐m)璃竖向位移同(甚m)鹅弦杆轴向力快(轿N/匙m巩2傍)厚弯矩断(房N·m/m)腹Max备Min听Max户Min席原结构态0.0410装855剖0.0010府9366详0.0408壳225汁1.59E+谣07挺-2.15E蝴+07姿2258.2互7劫-2462.敞06岩方案一蝇0.0406扒964杀0.0011伴1854当0.0404并324田3.12E+挽07盖-2.19E颜+07母2246.5箱8售-2490.沈74初方案二为0.0405京559锈0.0011撕1932筋0.0402蚕966绍3.12E+贱07脸-2.18E劫+07移2247.7巧4作-2484.后28绝方案三卫0.0402揪051往0.0010军965懂0.0399府512电3.11E+机07适-2.73E愚+07住2246.6吹1誉-2433.练94你方案四娇0.0399陆871容0.0011贪0203凝0.0397月327瞧3.11E+挽07说-2.72E家+07卸2240.5框5赴-2445.午53幼方案五泳0.0394艰683炎0.0011腊0496慧0.0392额131撇2.98E+僚07披-2.72E势+07醒2227.6彻8青-2450.左02现方案六忆0.0392险407膝0.0011洒0404狱0.0389屈899律2.97E+茂07桥-2.05E坏+07屯1782.4那1港-2445.洒17答方案七仔0.0387虽581谜0.0010凉9899窝0.0385书177厅2.96E+城07拣-2.04E端+07拳2227.8的1枝-2434.办38棍方案八律0.0387上581奔0.0011展6238首0.0385爆187右2.97E+蝴07钻-2.04E女+07鸟2227.9敌-2595.嫌74庙图摔3斯-1循水平位移图拔图英3负-缎2狮归竖向位移图料图监3区-辽3昨帐总位移图耽图始3众-肠4碎分一阶频率图鸦表锤3-2职棉各方案自振频泡率比较菌一阶频率咏二阶频率池三阶频率溉四阶频率沃五阶频率闻原结构息3.3236习5僻4.3275吃7粪8.0607旗3延8.2571弄7激13.170泄90盏方案一钟3.3704费9娱4.2566牺3视8.0656污5稠8.3560雹6鸣12.962俭40妹方案二剪3.3546薪7族4.2330羡7问7.9976只8.3362时7戒12.893险4吴方案三拌3.3990志1唱4.1762舌8忧8.1834爷6闲8.7839室7挂12.759释5坚方案四层3.3412巧2推4.1274偏5福8.0641奥1熊8.6120须5拣12.591震方案五华3.2469雁7浩4.0087套3页7.8362泪1兼8.3661阶9卡12.181膛6鼓方案六抱3.2216搂9价3.9717坡9摩7.7252标9朴8.3308子7晕12.077择1绣方案七污3.1802蝇7赴3.8773殿9为7.5635必8败8.4234莲11.817述4牺方案八快3.1325腾5伙3.7975春1认7.4576统1迁8.3280绿8座11.579码1呜表斜3-3璃改各方案自振频肯率增幅比较岸1勤阶增幅证2股阶增幅变3赞阶增幅帜4帝阶增幅钩5慢阶增幅答原结构虎0.0000翼00步0.0000尼00渗0.0000泄00支0.0000摩00忘0.0000光00爹方案一县0.0140顺93少-0.016锯393籍0.0006解10碧0.0119痰76嘴-0.015针830霞方案二循0.0093膛33蛙-0.021给837殃-0.007秤832测0.0095笨80刻-0.021干069们方案三溜0.0226遇74垃-0.034漏960乒0.0152锹26跌0.0637纳99如-0.031机236旺方案四感0.0052杆86泼-0.046当243鬼0.0004嫩19削0.0429养78更-0.044车029窗方案五朋-0.023与071捧-0.073完676灰-0.027钻854纹0.0132俗03弃-0.075敌113芹方案六挥-0.030河677印-0.082懒212平-0.041捞614鸭0.0089竟26屡-0.083柄047惑方案七辱-0.043敌139浪-0.104桶026姜-0.061妇676亿0.0201批32秆-0.102洪764摊方案八煎-0.057踢497少-0.122孩484费-0.074呆822君0.0085旨88栗-0.120焦857塌3.2愿功结果分析碌从表中的计算铸结果可知，通茂过增加联结杆方件数量来加固受钢板梁桥，可旁使得钢板梁桥定的横向自振频离率较原结构增税加，尤其是方占案三，将上、缓下平纵联的三辅角形体系都改泛为交叉体系时者，增幅最大。桂由上表计算出帅的各种加固方询案的自振频率械进行分析，经应过计算比较认径为：海(竖1)冶妄强联结系一定叮程度上能够提虏高桥梁横向自婆振频率，上、卧下平纵联同时泊加固效果较好夕。爱(身2马)盆泛增大水平连接拍杆件的截面，江钢板梁桥的横驴向自振频率较单原结构减小。悦(旗3童)节敌增大端横联连歉接杆件的截面累，钢板梁桥的窜横向自振频率叉较原结构减小悟。睁综合静力分析雅与动力分析的岭结果，我们选灰择方案三，即朴将上、下平纵担联的连接形式舱由三角形改为款交叉形式，提挖高上、下平纵乏联的抗剪变形傍能力，增强钢升板梁的横向刚闹度，同时钢板躁梁的各阶自振扒频率也较其它撞加固方案有了慢显著的提高，融说明以上的加遍固方案及计算勾方法是可行的皂，可为旧桥加弊固和新桥设计剥提供理论依据迷。4结论夺通过对上述各法种加固方案进盛行分析计算朵,缎可得出以下结团论：锄(脉1)挣隙通过理论计算缸得出的加固前宾原结构横向第天一自振频率糕3.每32365脑Hz孙与右xx栽线郑州现xx品大桥实测横向页第一自振频率月基本吻合响,戴说明由板壳单慧元、三维梁单徐元组成的空间男结构模型能较钉真实地反映原忘结构体系。膛(末2歇)定朱通过对上平纵淋联及下平纵联惠两种加固方案税的计算结果分派析表明角,谊在提高梁体横级向自振频率及母横向刚度方面攻,错上平纵联加固仰优于下平纵联阀加固。你(日3仅)程裹通过比较上、敲下平纵联横撑返、斜撑双倍加汁固及上、下平棋纵联斜撑双倍市加固两种加固赴方案对梁体横液向自振频率及慌横向刚度的影忧响榨,毛可知上、下平屿纵联横撑对梁零体横向刚度的腰提高影响甚微石,轿由于横撑的加宋入增加了梁体栽自重筛,割因而横撑加固矩不能提高梁体第自振频率。踏(臣4姜)桌