预应力混凝土连续曲线箱梁桥爬移

预应力混凝土连续曲线箱梁桥爬移研究一、绪论弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中应用非常普遍。而在国内的一些大型互通立交中，大多采用了预应力混凝土连续弯箱梁桥。这是由于预应力混凝土连续弯箱梁桥有着一定的自身优点：预应力钢束的布置大大增加了桥跨的跨径，箱梁作为一种闭合截面具有很强的抗弯和抗扭刚度，连续弯梁增强了行车的舒适性等等。但是近几年来发现，一些弯梁桥在运营过程中，出现了一些梁体滑移甚至翻转的桥梁事故。实际上，预应力混凝土连续弯箱梁桥在使用过程中，由于预加力、温度效应、车辆行驶或一些其它影响因素的作用，会产生侧向的变位。由于弯梁的结构特点、支承形式等原因，当外荷载等影响因素消失后，弯梁发生的侧向变位并不能够完全恢复，弯梁在侧向会产生部分不可恢复的残余位移。长期反复作用下，侧向的残余位移就会累积，产生较大的位移，即弯梁桥的侧向位移问题（国内有专家称之为“爬移”现象）。弯梁桥的侧向位移问题轻则导致梁段伸缩缝的剪切破坏，影响其使用寿命；严重的则会出现支承结构破坏、梁体滑移和翻转。桥梁在使用过程中出现该类问题，不仅影响交通，而且加固起来非常困难，造成巨大的经济损失。本文在xx大桥引桥匝道模型的基础上对小半径、大跨度预应力混凝土等高度连续曲线箱梁桥的结构受力进行分析和讨论，验证设计理论并确定复杂结构细节的受力状态，针对实际当中存在的问题提出对“爬移”现象相应的改进意见和建议。二、模型的建立本文将直接借助于目前应用较广、被广大工程师所熟知的MIDAS/Civil进行分析研究。文中用到的单元类型包括：空间梁单元及空间实体单元。结合本文的研究主题，所需要的数据主要包括梁体的径向（横桥向位移）、竖向挠度（扭转变形）、支座反力以及桥墩的内力。为了研究曲线梁桥的受力行为特性，结合xx大桥引桥匝道实际情况。采用如图形式的曲线梁桥作为研究对象。图2.1曲线梁截面形式桥梁计算行车速度，计算冲击系数暂取为0.15。活载按照两车道考虑。收缩徐变参数参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（以下简称新桥规）取值:,,,,（—收缩开始时的混凝土龄期（d）；—加载时的混凝土龄期（d）；—强度等级C20～C50混凝土在28d龄期时的平均立方体抗压强度（）；RH—环境年平均相对湿度（%）；—依水泥种类而定的系数。）图2.2现场梁截面图全桥上部结构为三跨连续结构，各墩采用橡胶支座，全桥采用空间梁单元分析计算，同时考虑橡胶支座的影响。图2.3半径为50米模型三、曲线梁桥受力分析曲线箱梁桥主梁的弯曲程度是影响弯箱梁桥受力特性的最重要因素，考虑到曲率半径不能全面的反映其弯曲程度，因为曲率半径相同时跨径越大弯曲程度越大，因此，将反映主梁弯曲程度的参数定为跨长同半径的比值。在本章中，将结合算例，固定弯箱梁桥的跨径不变，而将曲率半径分别取为50m、100m、300m、500m、700m，1000m计算曲线箱梁桥在不同的曲率半径下结构的反应。连支似座淋普役半径黑＝鸽50律比半径庆＝喘100摄楚校半径扬＝愿300阻降自半径矛＝键500楼堆殃半径沿＝扑700挪傅糖半径蝶＝申1000埋0铅＃肥外豪内116查2.1倡96暴5.2壤会791额.5面765闷.1受724泉.8杆713呼.0徐0度＃盘内耽喝22旅1.8仔45畏1.3稳滩615吴.4针641疗.6答691幕.2揉699萌.7划1菠＃导外板捏188壤1.4偷闭197慈1.5碑衫2010乔.3标2011王.4仅1972宰.3签1963闻.8侵1泻＃泼内慢煎187依7.9迅阁190跟3.1辫易1996虽.5体1981邀.5申1961承.5妖1957潮.9扰2谋＃持外礼挪193谜7.9誉膀213羊4.1允昌2013治.4府2114晨.7坦2032谈.7炸2101撒.1自2听＃温内华株181落0.7弟姿198展7.2韵况1965轻.5案2010绞.5炉2001缝.6赴2098奸.7扰3脸＃师外熔生115灭8.7托95兄8.1姑诉792阶.4俯772谁.8历731晕.8烛721览.4翠3阴＃裳内剪态22炊7.9斯46渡0.7断泉623孤.7摄652小.7熟693室.3顾701遵.3表3.1自重荷载下曲线梁桥变更曲率半径时的竖向支反力表的支座竖向支反力看，随着半径的增大，内外侧支座的支反力趋于对称。表中的数据显示，在不同半径下，梁端支座内外侧竖向支反力相差较大，且受曲率半径的影响较大，这在比较窄的单向车道曲线箱梁的梁端支座表现的最为显著；而中间桥墩上内外侧支反力相差较小，其受曲率半径的影响也较梁端支座小。壮图章3.优1吨不同曲率来半径下的经梁体位移体由曲线显偏示，当曲宝线梁的曲剩率半径越答小，梁体岛向外侧的雁扭转就越追厉害，曲什线梁侧向联位移也随截着曲率半写径的减小冒而增大，娱而且同样遥是梁端的母侧向位移殿变化最为村明显。扭固转变形和铃侧向位移元也是当曲活率半径越辱小，变化励越为敏感佛的。伪3.2厉5渠0混米跨径扭恼转分析模夫型既窝夕腰矛3.3谁10畏0影米跨径扭颤转分析模把型释3.4胡30呢0研米跨径扭季转分析模淋型防悟械警笔3.5睛50受0伐米跨径扭傅转分析模拴型隐3.6初70医0愈米跨径扭勇转分析模皱型宰露干辰3敢.71炊00秧0践米跨径扭饭转分析模雷型佳四、曲线司桥的受力符特点点影响曲线今桥因素主妨要有以下士几个：曲府线梁桥的肌曲率半径占、支座布鼓置方式以边及边跨和餐中跨比等阔。曲率半甩径的增大塞能够使内洁外侧支座剩的竖向支情反力趋于倘平衡，在隔跨度不变屠时，半径获越小，边划墩内外侧皱支反力的恋差别就越拜大，内外收侧支反力碑比就越小胁。半径班在剂5相0泰～爹500庆m霉范围内变犯化时，内怪外侧支反掀力的差别到较大，外每侧反力远筑大于内侧馋反力，内蚕外侧的反黄力比砖在朱2召3思％爱～超8漫3贞％之间变秤化，即外宇侧反力是像内侧反力洁的蚕4.咸3糠～些1.涂2戴倍。当半慎径持续增建大时，内黑外侧的反帮力比也随激之增大，戒即内外侧乳的反力越伍来越接近耽；探当绩R柱＞撒1000临m剥时，曲线如梁桥已接用近直线梁蚂桥，内外既侧反力基疤本相同。版在预应力点作用下，焦曲率半径低的改变还亏会使支反缺力在纵横肿桥方向的构分布形式秃发生变化警。抓变更支座钩类型对于突支座竖向矿支反力的础影响较小跌，更多地田是引起了欠支座的平顽面内支反啊力的变化端；而增大猛间距则主泥要是引起认支座的竖旷向支反力限变化，使心得内外侧阔支座的竖请向支反力模趋于平衡积，而且只还需要调整观梁端支座室的间距便掀可以大大分改善梁端络竖向支反唯力的不利热情况。麦R竭＜蛙100尽m督时，边支绞处梁体的伪剪力受半哥径影响明羊显，随半导径的减小览而减小。吴梁端扭矩贝随着半径你的增大而曲逐渐减小筐，赚当炭R半＝浸5孕0汪～挣500皱m慎时，梁端隆扭矩随半迎径变化明壤显，特别脸是喷R造＝蒸5侧0楼～解300坚m虽时，梁端您扭矩随半劣径的增大王基本呈直甜线下降了魔约事62.标5绵％；但爱当前R滚＞赴1000佳m龟后，梁端藏扭矩基本发保持不变焰。因此增姑大曲率半心径有利于吓降低梁端向扭矩（梁交端扭矩和宋梁内最大牢扭矩基本铁一致）。悄梁端扭矩遭与其跨中心弯矩的比矮值随半径忆的增大不个断减小过。盒R堤＝爹5挣0旁～星300凭m财时，比值查下降较快耕，自由谨16.教4柱％变化因到肠5廉％。半径戒继续增大殊时，比值奔变化很小驶。胶对曲线梁令桥简化计课算条件的喷分析：鹅当也R案＜缸300肾m溉时，相应拉的圆心恢角枝Φ忌＞庭28.6余，扭矩与浆弯矩的比盛值企为甚16.记5编％防～陡5考％，边墩室支反力、增边墩内外拾侧反力比特、扭矩、下弯矩等的立变化急剧庭。因此在羽计算时，返所有内力驾都应考虑压曲线的影童响。反当色30干0五＜鄙R筝＜哥1000馅m裹，即相应葵的圆心寺角浙5.7佛＜访Φ请＜裹28.6共时，扭矩秧与弯矩的络比值爆在京5促％妻～退1扔％，纵向鹊弯矩、剪英力基本无腐变化，而皆反力与扭决矩则有一应定的变化优。因此在躬计算时，厕纵向弯矩扫与剪力可删按直线梁议桥考虑，腔而支反力拦和扭矩须庸按曲线梁洗桥考虑。疑当氧R冰＞救1000铜m负，即相应津的圆心宗角庭Φ表＜寨5.7灶时，随着雕半径的变镰化所有内罢力基本保碎持不变。扣此时，曲还线梁桥可训完全按直夕线梁桥处国理。鞠以上三条哀规律跟日态本道路工竟团规范《听道路桥示保方书同解毛说》中有薄关条款基旦本一致。崭对于主跨准为番30嗽m便的曲线梁漂桥，在不斩同的跨径坦组合下，厨以边墩支扩座受力均穷匀为判定盒条件遗的话，存瘦在一个适存宜跨径比恋，其值念在缩0.6续5画～唉0.7斜5梨之间变化鲁。随着半盟径的增加初，边墩内建外侧反溉力的均衡止性受边中鹊跨的影响圆减小。在敞中跨跨径猫为费40奴m菜和杰50偷m娃时，边墩质反力比表末现为基本虫相同的规饰律。随着呈边中跨比翻的增加，趴边墩内外但侧反力之臣比变小，鉴这表明，粗边墩内外世侧反力变长得不均匀冻。从这一召点来说，素边中跨跨脾径之比宜择取小值。件当边墩内剖外侧反力风比责≥怖2面0次％时，边钓中跨径比沙应好≤巴0.末7万。结合分侧析结果，故边中跨径缴比值手在故0.创7说左右为最币佳。中五晚、坛“驼爬咳移受”己问题管从前文的负分析看，独横向位移亩、扭转以踏及支座的栗支反力问广题是曲线旧箱梁桥结土构受力的飘主要问题跑，正如本咬研究关于钩国内曲线梨梁术桥哗“俘爬上移惨”刘问题的调柔查结果，晨诸如梁体杯滑移、梁缺体转动等笋问题大多盒出现在梁宣体横向比调较窄、单逆向车道的合预应力混蚊凝土连续躺曲线梁桥累中。遍“芝爬恼移反”宇现象，是拿一些桥梁色专家针对带于曲线梁弃桥出现横灶向位移而帐引发曲线末梁桥事故域而提出的户。从表面汤上看，曲扑线梁桥钻的秋“转爬恭移俱”刺问题是指孟弯梁在使雁用过程中懒出现的横摇向位移。馋而实际上砖，曲线梁团桥嘱的盼“剥爬蠢移院”竭问题不仅少仅有曲线绑梁的横向证位移，更恭要的还有拉曲线梁在虽横向的扭霸转现象，稠即曲线梁购在横向各摧点挠度的价差异问题赖。曲线梁精的横向位飘移和扭转筹是曲线梁佩桥发生爬矮移现象的模一种外在震特征，其柱中还有支散座的支反价力问题，外与横向位述移相对应趋的是支座橡的径向支浪反力，与荐扭转相对后应的是支烟座的竖向血支反力。却因此，研祖究曲线梁蹦桥迈的飘“避爬质移身”浊现象，主归要就是分丝析曲线梁根桥的支座鼠支反力问者题（包括徒径向支反董力和竖向式支反力）致、曲线梁扫的横桥向托位移以及渡曲线梁的把扭转情况鸟。言连续曲线袜箱梁在预仅加力、温竞度效应以愚及车辆离坚心力的作事用下，会碧产生一定观的横桥向仅位移（梁粘体无刚性志约束）或蛮者有横向叉位移的趋少势（梁体躺设置了刚辛性约束）公。最初，昂曲线梁出汁现的这些烛横向位移迎是与桥墩术相协调的率，梁体还奔没有产生臣相对于墩筹台的横向弱位移，也撑就是此时救曲线梁的拨横向位移安需于正常号使用情况半下的情形舰，不会产甜生类似导俭致伸缩缝词剪切破坏员、梁体滑漂移、翻转祥等事故。如但随着外沃界影响因梅素的增加预和加强，忙曲线梁支衬座的径向竭支反力、睛竖向支反蛾力问题逐疏渐严重，选梁体的横接向位移和叫扭转变形篮也逐渐显溪著，此时彼，连续曲突线箱梁可慢能就会出执现齐“川爬记移拜”率现象。就房不同支承波方式而言旷，分两种瞒情形讨论殿：灿1荐）如果曲墓线梁桥采饮用了板式峰橡胶支座理或者是无济专门用于子约束梁体戏平面位移莲的支座时耗，支座在昼径向对梁么体的约束徐是靠支座漂与梁体间谢的摩擦力沟，该摩擦勿力为支座防的竖向支裹反力吗与摩擦系伙数段的乘积，才即盟。图5.1义如前文所均叙，曲线时梁桥在使贞用时，一屯般内侧支沫座的竖向碰支反力是廉相当小的涂，也就是蜂值从会很小，光相应支座党与梁底间恳的摩擦力霞方胆数值会很途小。而曲剧线梁由于宵预加力、散温度效应忠以及车辆安离心力等视因素，梁喉体会有促彼使自身向恼外侧变形额的横向内滑力，它在互支座处就厌表现为径辞向支反力楚。包当斯籍时，梁体沫就会失去梅由支座带虚来的径向秀约束，此阅时曲线梁苗必然发生午横向位移重。视如前文所忙叙，曲线轧梁桥在使桃用时，部避分支座甚姻至会出现绣拉反力，陈即支座脱碍空现象。烤如果支座思脱空，摩章擦力也就衰不存在了谦，即俊。此时，辞曲线梁横拢向发生位敏移会不受砌任何的约期束。拼另外，车建辆在桥面纺上行驶时攻，会不断到地对桥面广有冲击作废用。特别诸是在过渡楚墩（台）内处，由于贞伸缩缝的大影响，车兽辆的冲击具作用更为熊强烈，而驴过渡墩（株台）处的冲支座的竖奸向支反力绕本身就要励比其它墩胜小，这样泰使得过渡糊墩（台）成处支座更虾容易出现万横向位移傅，从而导踏致爬移现壮象的出现坡。乎2芝）如果曲袍线梁桥采失用了盆式旱橡胶支座芳，盆式橡本胶支座有路双向活动购支座、单法向活动支纹座和固定溪支座之分盆，一般这晒三种支座控会在同一蜓座曲线梁为桥中出现巧。欧曲线箱梁驳的内侧布届置的单向饿活动支座膛或者固定皂支座，外疼侧均为双板向活动支币座。在组币合荷载作铺用下，箱擦梁内侧支拜座均出现盲了拉反力叙，即支座朵会脱空；劝而且箱梁光向外侧的流扭转程度颗较大，箱朴梁较大的镰扭转可能视会造成单牢向活动支玩座或者固宋定支座失状去横向约并束，如茄图克5.仁2时所示。图5.2批图中盆式汽橡胶支座慰的非设计值是熄较小的，面一般玻在隔1.5注c穿m备～撑3cm脏顶之间，如自果曲线箱席梁内侧支阅座脱空后季的脱空距屑离侄，则弯箱垄梁会因横罢向力（由节预加力、狭车辆离心拉力以及梁章体发生扭历转后恒载乳的分力组留成）而发门生横向滑桥移，严重旧时梁体甚脱至会翻转尚。就该示殃例而言，气当梁体发仍生平面旋迅转办角盘15/绕282翅0袭＝令0.00照5衰3持，属即维0.3格0跑。时，曲障线梁就会益出现滑移议、翻转。零因此，捧总而言之拦，预应力广混凝土连扁续曲线箱耀梁在使用忙过程中，嚼甚至是在玻施工的过讯程中，会症由于设计谷不够合理真和恶劣的世环境影响全，梁体可箩能会出现坊沿径向的拴滑移和向冻梁体外侧坦的翻转，咱即曲线梁抄桥的爬移灿现象，具夜体表现在阀支座的横督向支反力毫、竖向支攻反力、梁金体的横向节位移以及老扭转变形抖。捕六、解决所方法及措饼施粱采用盆式岗橡胶支座驶。盆式橡舟胶支座是决钢构件和序橡胶相组矮合而成的晓新型桥梁紫支座，具去有承载力泽大、水平耕位移量大蛙、转动灵邮活等特点性。支座按吹照使用性唤能分有三环种型式，庭即双向活不动支脊座、单向鼻活动支座须和固定支棕座，这三推种型式的幕支座进行仓合理的布半置后，能镰够很好地道满足曲线忽梁桥的变椅形特点，举曲线梁桥赠的受力、遗变形也比耕较明朗。趟双向活动棕支座能够唉很好地放仆松对弯箱掏梁的约束辜，避免弯盘梁在平面吐内出现额歇外的内力河；单向活屋动支座不著仅能够给匀弯梁作导江向作用，县还可以约用束弯梁的扎横向位移购；固定支纲座以及单雀向活动支傅座能够很征好地使得醋梁体与桥棚墩协调变拆形。提而且交通笋部花于仍199速9浆犯年馅9章私月傍1杠沾日开始实肾施的《公光路桥梁盆娱式橡胶支岁座》值（浇JT39厦1-19川9攀9歉）新标准币对该类支痰座在技术乏标准上进夸行了更新巧：支座承趟载力由原教标准疾的燥100验0K旷N栋～富2000喜0KN肿庸扩大为现驰标准丸的歇0.8M够N蛛～版60M径N输，扩大了缎使用范围优；提高了叔聚四氟乙闪烯的物理章机械性能擦，使得活腥动支座最隆小摩擦系报数柄由躁0.04驾拘调窜为记0.0圆3耍；扩大了心支座转角许，由原来乘的状0.0戏1164际ra艺d岗（尚4亭0继’越）变均为饱0.0升2ra拥d佳（赞1争。除0回8检’妄）；双向忧活动支座闻增加了位悄移量，单劣向活动支最座横向考疲虑丘±3mm衔萌的位移等凉等。这些撤都使得盆访式橡胶支泽座能够更常好地满足旱曲线梁桥猴工作时的林需要。黎如果曲线愚梁桥的下酬部结构为亏柔性墩，饰即墩身较钢高、平面混抗推刚度株较小、柔疲度大，而丹且横桥向肠设置了两毫根墩柱，疯这样的预浓应力混凝逝土连续曲竿线梁桥可报以采用较抽多的单向筝活动支座瑞和固定支柱座，甚至信可以采用潜墩梁固结坝体系。使增得弯梁的命平面内变杂形受到支挖座及其桥愧墩的约束头，利用桥梯墩的平面甩抗推刚度两来降低梁幼体的平面陷内变形，块同时也利感用桥墩自康身的柔度楼来适应梁若体的变形骨，从而达释到梁体和银桥墩的共瓜同变形。炕利用高墩诚的柔性，犯这种协调蹲变形是能扰够很好地怨发挥的。娱6.朗1磁高墩双柱西曲线梁桥锁支座布置竖形式坟高墩双柱妹曲线梁桥稳采用图示田的支座布身置方式时赔：其一，移由于桥墩鹅柔度较大御，支座的给平面支反育力会较小授；其二，反曲线梁虽辫然会有横恨桥向的位用移，但该非位移与桥撑墩的变形辫是一致、授协调的，雀而且在梁钉端与箱梁面曲线梁之拳间也没有鲁相对位移俊；其三，紧由于箱梁达截面为扁烦箱，且有季双柱墩，脉曲线梁的客平面旋转饼角度也很衰小，不会帜出现支座扰脱空。因地此，采用兴较多的单战向活动和笼固定支座番是可行的款。选6.缎2颠现场实物记图炒减小下部肺结构的抗撕推刚度。窃采用下图眼中的支座师布置方式庭，随着桥屡墩高度的谎减小，曲粮线梁桥下园部结构的兽抗度刚度北逐渐增大热，可能会深有部分支育座出现平呢面支反力耳过大，以迫及墩底弯剪矩过大而台出现墩底笼拉应力超督出混凝土携的抗拉强药度的情况迈。此时，崇可以采取套减小下部止结构抗推牛刚度的方您法，增加剪桥墩的柔歼度。具体暑的做法是肃如图所示愉：既（撤1光）优化基尊桩的布置唇，在满足凭其承载力弱的基础上匹，可以将惰群桩改为帝单排桩；脖（成2幻）如果采详用单排桩如的下部结卵构柔度仍忍然不能满际足要求，睡可以进一腔步采取取声消承台的复做法。图6.3低如果曲线通梁桥下部拜结构为刚回性墩，即冻墩身较矮亡、抗推刚奸度大、柔埋度小，而筐且横向设绣置了两根毛墩柱，则驴要减少固炭定支座和璃单向活动