深圳市华强立交a匝道曲线梁桥地震分析

深圳市华强立交a匝道曲线梁桥地震分析

1结构和结构特点深圳华强交叉口是一座位于五个交叉口的三级全互通性交叉口。该交叉口于1996年开始，1998年通过了负载试验，并开始生产。在2000年6月3日下午3:30左右,A匝道主联曲线梁桥突然产生向外移动和向外侧翻转,致使笋岗路东行左转华富路交通中断,给市民带来极大不便。A匝道桥为一定向匝道,全长415.94m,分4联,其中主联第3联为6孔联连续曲线混凝土箱梁桥。曲线半径为255m,全长239.75m。跨径(中心弧跨)组成为(22.813+35+55+39.938+55+32)m,跨越的桥墩编号为A5～A11。箱梁室底面宽5.0m,箱室高2.2m,桥面宽9m。支座布置为:联间共用墩A5及A11各采用2块橡胶支座,中心距为3.6m,A6～A10各采用1个双向活动盆式支座,梁端桥中线处设有抗震锚栓,直径5cm,伸入主梁60cm。A6、A10设预偏心,分别偏向外0.4m和0.45m。空载时A5～A11各墩对应设计反力值分别是1781.6,7649.0,9907.3,10446.3,10284.0,10553.1,2759.9kN。每墩均为4根ϕ1.2m钻孔灌注桩基础,中间墩采用ϕ1.6m单柱墩,联间墩为ϕ1.3m双柱墩。本桥设计荷载为:汽-超20,挂-120,原设计为单车道,后用2列车验算应力。2疾病类型2.1切向位移对比经现场实测,梁体径向位移最大值发生在A8墩,最大位移量为47cm,切向最大位移位于A5墩,最大位移量为16cm,扭转位移最大量发生在A5墩,向外扭转2.42°,见图1。2.2橡胶枝条脱空,导致橡胶无空空经检查,主梁突然发生变位后,各墩顶的橡胶支座均受到不同程度的过量变形和损坏:A5和A11墩内侧(圆心侧)的板式橡胶支座脱空,造成外侧的板式橡胶支座超压变形;A6和A10墩盆式橡胶支座的部分橡胶从内侧挤出盆位;A7、A8、A9墩盆式橡胶支座的大部分橡胶从内侧挤出盆外。支座损坏情况统计见表1。2.3桥面坡度情况经检查,桥由向内侧2%的设计横坡度变为向外侧的横降坡,桥面在A6～A10墩柱中心处梁的坡度,依次为-0.7%、-1.7%、-1.8%、-1.7%、-1.4%。梁轴曲率R由255m变为250m。3弯桥计算结果对比事故发生后,有关方面进行了多次反复论证、研讨。从设计方面讲,未发现违犯国家现行桥梁规范标准之处,对于弯桥的计算,不同的计算专用程序所得结果出入较大,甚至相反,说明弯桥计算理论的复杂性。就施工质量而言,桥位移后,对梁体进行检查,仅发现3条受力裂缝,裂缝宽度小于0.2mm,说明梁的整体性尚好。该桥竣工开通前经静动荷载试验,表明该桥处于正常受力状态,且发生位移前,无任何征兆,这也认定了问题的复杂性。3.1摩阻系数0.东南角在扭转跨度较大情况下(240m),中间5个墩柱均为独柱单支座,特别A8墩原设计为单向活动盆式橡胶支座,施工时又改为双向活动盆式支座,梁体抵抗水平力作用和变形能力较差。计算表明:当摩阻系数μ≤0.015时,在温度作用下A6～A10墩水平力均超过支座摩阻力而发生滑动。具体数值见表2。3.2梁体振动的变化过程在温度变化长期作用下,曲线梁体因两端约束较大,其中间部位全在平面内缓慢向外侧移动和转动,升温时侧向位移为Δ1(朝圆心外),降温时位移为Δ2(朝圆心方向),在降温时,由于重力分力作用,Δ2<Δ1,如此循环,整个梁体不断向外位移,移动到偏心一定量后,梁体开始整体向外侧扭转,梁体的水平分力大于支座的摩擦力,曲线梁体突然整体下滑。曲线梁体的力学特性比直线梁体复杂得多,目前的规范和结构计算程度尚不完善,对于曲线梁体平面变形和稳定的分析,对温度变化作用、预应力的影响尚待进一步研究,以上分析原因是初步探索,依据还不充分。4重建千斤顶,增加支柱加固修复方案主要包括两项内容:一是曲梁梁体复位,在每一个墩柱部位架设临时钢结构支承体系,利用千斤顶在垂直方向将5000t重梁体顶高40cm以上,以便更换支座,再利用水平千斤顶逐步将梁体基本推回到原设计位置;二是改进并重建支承体系,将A6、A10墩柱加大改成双支座抗扭支墩,在A7～A9墩顶增设抗扭约束装置;更换所有橡胶支座,加强水平限位措施。4.1重复使用系统由于梁体在变化过程中,各墩的橡胶支座均受到不同程度的损坏,因此,必须对全部支座重新更换和重新布置。4.1.1橡胶支护的更换将原设计2个GJZ400×700×64板式橡胶支座更换为2个GJZF4-350×600×60四氟板式橡胶支座,即更换前后均为双支座形式,相应于混凝土箱梁底面原预埋钢板上需垫贴□450×40×700不锈钢板,并焊牢。盖梁上内侧支承垫石为500mm×800mm×20mm,外侧支承垫石为500mm×800mm×30mm,使外侧支承垫石超高10mm,提高A5墩的抗扭能力。4.1.2橡胶支柱的增加A6、A10墩为ϕ1600mm独柱墩顶面,将原设计1个GPZ12500SX双向活动盆式橡胶支座,更改为2个圆形橡胶支座,并且外侧支承垫石较内侧多超高10mm,以增强抗扭能力。对于A6墩,外侧布置GYZ800×138,内侧布置GYZ750×138,对于A10墩,外侧布置GYZ950×138,内侧布置GYZ800×138,径向间距均为3800mm。4.1.3活动盆式橡胶合成支护将原设计为ϕ1600mm独柱墩顶面布置的1个GPZ12500SX双向橡胶支座,更改为布置1个GPZ12500DX单向活动盆式橡胶支座。对GPZ12500DX单向活动盆式橡胶支座的特殊要求:①支座的上支座板下部设置不锈钢板和四氟板,其摩阻系数μ=0.01～0.03;②沿切向自由活动量允许±150mm,径向允许±30mm。同时,利用混凝土箱梁底的原有支座预埋螺栓,对超限径向位移进行有效的限位。本支座需向生产厂家专用订货。考虑抗扭原因,本支座中心设置100mm外偏心。4.1.4动盆式橡胶合成A8墩原设计为ϕ1600mm独柱墩顶面,施工安装支座GPX12500SX双向活动盆式橡胶支座,更改为布置1个GPZ12500GD固定盆式橡胶支座。对GPZ12500GD固定盆式橡胶支座的特殊要求:①上支座板加厚5mm,使支座总高度始终保持200mm;②上支座板和下支座板的安装螺栓孔,分别扩至ϕ50mm和ϕ60mm。4.2双合成重支护的改造为提高全联抗扭转能力,即在A6、A10墩由维修加固前的单支座更改为维修加固后的双支座。对应的墩柱由ϕ1600mm加大为长圆形,并将原墩柱顶部高约1800mm凿除后改筑托盘式墩帽,在墩帽顶布置双支座。5梁的复位、校正由于梁体的变形,变位十分复杂,在3个方向6个自由度均存在不同程度变形、变位,因此梁的复位、校正是整个加固工程的关键。梁的复位工作分为:顶升梁体;梁体平移;调整坡度;施工抗扭墩墩帽,更换支座;落梁就位、调整支座反力5个施工阶段。具体见图2。6试验的加固效果6.1梁体顶回原位经过5个月施工,于2001年3月3日将已失稳变形的梁体顶回原位。为检验加固效果,保证桥梁使用的安全性,评定桥梁的工作状况和承载能力是否满足设计或使用要求,于2001年3月5日～6日对A匝道桥进行静动载试验。6.1.1抗裂安全及截面受力状态(1)为检验桥梁修复施工过程梁体内应力变化对梁体抗裂性能的影响,需通过静载试验检验A匝道桥控制截面的抗裂安全性及截面受力状态。(2)为检验加固处理后,各墩台抗扭支座的工作状态,需通过扭转试验检验各支座的位移状态,特别注意两端双支点墩柱内侧支座是否已消除脱空现象。6.1.2植生混凝土重墩加固试验见表2(1)在最大试验荷载作用下,没有出现新的开裂现象,预应力没有消压,这说明梁体预应力能够抵抗恒载及活载弯矩,预应力度满足预应力结构A类的要求,抗裂性满足设计要求。(2)通过支座压缩及桥梁扭转的静载试验可以看到,A5、A6、A10墩在各个试验工作下,内外侧支座对称性很好,能够满足受力要求;从支座变形来看,压缩变形数值很小,这说明支座支垫很好,且弹性模量较高,支座变形正常。在桥梁扭转试验中,各墩顶截面扭角很小,A7、A8、A9墩满足盆式橡胶支座使用要求,4个双墩支座都没有出现脱空现象,说明本次加固效果明显。(3)动载试验结果表明,竖向振动幅值及自振特性与同类桥梁相差不大,结果正常。(4)通过静动载试验分析,说明A匝道桥满足设计荷载下的使用要求,能够正常开通。6.2匝道桥安全监测该桥于2001年4月12日正式重新开放交通,为判断其是否长期稳定,对该A匝道桥进行为期1年(2001年7月～2002年7月)的安全监测。监测结果表明:综合分析桥面线形、转角、梁体温度、梁体位移各项指标,可以说经过1年运营荷载作用下梁体已经处于基本稳定状态。7基于应力的变形位移检测方法在中国由高级地区独墩柱单