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加强下平联剃方案二：张在方案一链的基础上枣，将下平掏联的横联馅加密。仔方案三：标在方案二虚的基础上肝，将下平梳联的三角辰连接形式责改为交叉青连接形式削。瓶2.3援展上平联双则倍加固伍方案四：装在方案三岛的基础上院，将上平只联的横杆晃的截面加狭倍。普方案五：漆在方案四僵的基础上剃，将上平切联的交叉倍杆件的截炉面加倍。俩2.4赠头下平联双汽倍加固盛方案六：换在方案五耳的基础上暖，将下平纺联的横杆雹的截面加充倍。条方案七：统在方案六诉的基础上拆，将下平递联的交叉远杆件的截狭面加倍。急2.5耀稼横联双倍舒加固骗方案八：耳在方案七当的基础上雕，将横联功的交叉杆压件的截面益加倍。挎3隆卵加固前后棉计算结果冶对比台3.1些宝计算结果映表席3-1直粱各方案位看移、内力浮比较页总位移叹(伙m)麻水平位移逮(砖m)桨竖向位移涝(塘m)栗弦杆轴向黎力填(亭N/袄m悔2板)赶弯矩坝(酒N·m/零m)译Max轿Min严Max答Min估原结构盆0.04某1085抹5筐0.00杜1093狭66涉0.04支0822示5炭1.59赴E+07挎-2.1爽5E+0胃7遮2258饱.27高-246躁2.06绵方案一飘0.04洲0696很4艘0.00赶1118寸54欠0.04冲0432主4时3.12念E+07押-2.1蒜9E+0捕7持2246级.58软-249灶0.74此方案二轿0.04养0555单9波0.00赖1119疮32众0.04辽0296畏6释3.12坏E+07墨-2.1局8E+0座7驳2247牵.74败-248假4.28指方案三再0.04扁0205熄1站0.00义1096席5拿0.03睬9951泻2重3.11乓E+07株-2.7必3E+0亏7杏2246搬.61璃-243否3.94也方案四令0.03原9987生1艘0.00裹1102摸03察0.03梁9732芹7狗3.11特E+07龙-2.7响2E+0亿7泽2240割.55免-244致5.53像方案五药0.03跟9468荷3题0.00缎1104恢96梨0.03扶9213娘1垫2.98六E+07闸-2.7芹2E+0彩7状2227睁.68裕-245填0.02萄方案六逼0.03恳9240奸7住0.00背1104廉04丸0.03因8989更9含2.97管E+07稼-2.0何5E+0朵7其1782非.41逢-244划5.17火方案七秀0.03煌8758旷1梢0.00怨1098谋99自0.03辞8517段7董2.96铅E+07载-2.0瞧4E+0遇7左2227塞.81掌-243折4.38避方案八秩0.03饮8758瞧1间0.00宰1162锁38江0.03锡8518垫7跟2.97琴E+07阅-2.0艳4E+0可7桌2227跑.9翠-259晴5.74征图颠3奸-1条水平位移榜图蚊图弃3过-李2恼竖向位移术图伟图染3有-微3果总位移图削图烈3白-狸4葛一阶频率瓶图电表胜3-2倚琴各方案自填振频率比胆较功一阶频率策二阶频率纱三阶频率动四阶频率汽五阶频率浓原结构肉3.32批365颠4.32汤757权8.06司073疫8.25尾717塑13.1之7090棍突方案一驾3.37余049伙4.25朱663曾8.06库565渐8.35暗606霸12.9沿6240济井方案二雀3.35膛467挣4.23软307肤7.99巡76何8.33案627士12.8棍934乡方案三令3.39邀901园4.17胸628湖8.18颈346供8.78弓397错12.7脑595丘方案四自3.34鲁122誉4.12拢745界8.06洽411宪8.61园205铺12.5士91年方案五口3.24行697朝4.00泊873玩7.83鼓621肯8.36放619隆12.1病816近方案六壮3.22注169烛3.97世179发7.72根529疤8.33截087牧12.0见771毕方案七跟3.18路027朴3.87米739骗7.56忌358义8.42汗34三11.8呈174走方案八魄3.13腔255溉3.79射751膨7.45辨761颠8.32辆808吴11.5这791湿表镜3-3此私各方案自临振频率增势幅比较结1苦阶增幅贞2祸阶增幅签3滑阶增幅过4腰阶增幅哗5脏阶增幅提原结构五0.00棚0000剃0.00过0000彩0.00顿0000垦0.00夕0000徐0.00血0000哀方案一那0.01佛4093厅-0.0至1639些3匠0.00惧0610傍0.01腐1976慈-0.0生1583示0误方案二参0.00拢9333艘-0.0鸦2183瞧7乘-0.0辞0783初2挤0.00庭9580香-0.0滨2106升9妨方案三别0.02贪2674圣-0.0屈3496黄0策0.01倒5226绘0.06评3799墓-0.0营3123裂6毕方案四梯0.00蹲5286救-0.0眯4624宰3桂0.00朽0419似0.04找2978桐-0.0客4402率9雾方案五液-0.0福2307粘1否-0.0纺7367渗6惊-0.0拾2785测4朴0.01掩3203库-0.0薄7511效3麻方案六阳-0.0零3067天7迁-0.0它8221搂2搬-0.0慕4161微4刺0.00断8926斥-0.0墙8304搅7抢方案七富-0.0团4313怨9缝-0.1蛾0402呀6界-0.0筐6167垦6拦0.02标0132弓-0.1县0276检4派方案八缓-0.0欲5749未7诉-0.1讲2248缓4界-0.0喜7482宫2缘0.00梨8588口-0.1腰2085燥7裙3.2相搁结果分析有从表中的逆计算结果等可知，通送过增加联反结杆件数席量来加固鸣钢板梁桥陆，可使得库钢板梁桥邪的横向自气振频率较呼原结构增脆加，尤其酸是方案三椒，将上、缝下平纵联衣的三角形燕体系都改求为交叉体提系时，增惨幅最大。陕由上表计辈算出的各谢种加固方专案的自振汗频率进行彩分析，经欢过计算比驾较认为：妹(符1)胶租强联结系同一定程度冲上能够提沃高桥梁横却向自振频删率，上、新下平纵联竞同时加固钱效果较好植。拔(痕2哄)顷坊增大水平哄连接杆件绘的截面，当钢板梁桥民的横向自删振频率较缓原结构减广小。原(份3懂)穷伴增大端横巨联连接杆顺件的截面贞，钢板梁代桥的横向遍自振频率场较原结构艳减小。中综合静力描分析与动探力分析的仅结果，我而们选择方荡案三，即鸭将上、下发平纵联的与连接形式叹由三角形指改为交叉务形式，提蛇高上、下挽平纵联的缝抗剪变形百能力，增经强钢板梁嘉的横向刚斗度，同时吼钢板梁的斧各阶自振遮频率也较罗其它加固狡方案有了完显著的提肆高，说明居以上的加油固方案及梁计算方法哗是可行的添，可为旧便桥加固和排新桥设计嫌提供理论北依据。篮4蜂医结论茂通过对上湾述各种加铲固方案进意行分析计幸算欲,感可得出以蚁下结论：边(佛1)爆描通过理论真计算得出油的加固前栽原结构横驶向第一自旧振频率版3.吐3236满5捷Hz脾与男x敏x懂线郑锈州留x趴x浪大桥实测乌横向第一桂自振频率阴基本吻合俗,掀说明由板区壳单元、派三维梁单命元组成的戒空间结构敬模型能较圣真实地反戒映原结构脖体系。介(食2哥)瓣稳通过对上庭平纵联及他下平纵联周两种加固禽方案的计舞算结果分初析表明气,派在提高梁躁体横向自悔振频率及胞横向刚度寄方面呆,循上平纵联蠢加固优于喇下平纵联咐加固。区(骨3武)钳桑通过比较于上、下平祸纵联横撑玉、斜撑双青倍加固及交上、下平缺纵联斜撑肉双倍加固业两种加固讨方案对梁岭体横向自教振频率及血横向刚度率的影响艘,悉可知上、霞下平纵联恋横撑对梁理体横向刚社度的提高熔影响甚微拔,观由于横撑储的加入增立加了梁体俯自重膛,鞋因而横撑协加固不能法提高梁体燕自振频率纲。迷(繁4衡)滋笨横联加固韵方