广州某立交曲线箱梁桥设计

广州某立交曲线箱梁桥设计

1结构体系及设计广州市的高架桥由主桥和a、b、c和d4个曲线和曲线组成，于1995年竣工并开始生产。其中A匝道桥为小半径连续曲线箱梁桥,曲率半径为59.5m,全长130m,六跨一联,跨径布置(中心弧长)为:20m+25m+2×20+25+20m,见图1,轴号从1A～7A,上部结构为现浇单箱单室钢筋混凝土等高连续箱梁,箱梁高为1.3m,桥面横向布置为:0.5m(防撞栏)+9m(单向二车道)+0.5m(防撞栏),下部结构为圆柱式钢筋混凝土桥墩,薄壁钢筋混凝土轻型桥台,中间墩采用单柱墩,两端交界处设抗扭支座,采用钻孔灌注桩基础。箱梁采用C30砼现浇,桥面铺装为8cm厚沥青混凝土。本桥设计荷载等级为汽—超20,挂—120。2道桥检测2.1外观检查外观检查总汇见表1,A匝道接主线处匝道向外弧方向偏移,横向偏移量达到6cm,同时发生横向倾斜,导致该部位匝道横坡倾斜度不足。2.2应变实测值与计算值的比较依据设计图纸等资料,采用MidasCivil2006有限元程序建立计算模型。模型图见图3,变形测点示意图见图4,挠度实测值与计算值比较见表2,应变实测值与计算值比较见表3。该桥的静力工作性能较差,挠度检测指标、应变检测指标均未能满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中校验系数在0.6～1.1之间的要求,在试验过程中未见肉眼可观测的新裂缝产生,但桥梁既有裂缝明显扩展,试验桥跨的桥墩未产生可观测到的沉降变位,综合起来,该匝道曲线箱梁的承载能力和正常使用性能不能满足汽—超20、挂—120设计荷载等级的要求。2.3实测频率A匝道桥跨的实测一阶自振频率为3.93Hz,阻尼比为0.9952%～2.2254%,而对应的理论计算一阶频率为4.67Hz,实测频率小于理论计算值,说明A匝道桥的实际刚度较小,振动响应较大,行车性能较差。2.4桥梁病害较多,管理部门应对A匝道桥承载能力整体不能满足汽—超20、挂—120设计荷载等级的要求。桥梁病害较多,尤以匝道抗扭能力不足、偏移错位病害最为严重,影响到桥梁的承载能力、安全使用及耐久性能,由于该桥位于城市主干道,目前的通行车流量及荷载均较大,为保证桥梁的安全性及耐久性,建议管理部门采取处理措施。3桥梁故障原因分析3.1裂缝原因分析3.1.1结构承载能力不足由于该桥位于城市主干道,车流量及车辆荷载均较大,通行车辆以大型拖挂车为主,且超载现象严重,桥梁的实际通行荷载可能大于设计荷载,导致结构承载能力不足,包括结构抗弯承载能力不足引起的顶板或底板横向裂缝,以及抗剪承载能力不足引起的腹板裂缝。3.1.2梁体裂缝产生的扭矩对于混凝土曲线梁桥来说,由于体积重心的偏心和桥面横坡的影响使得梁端内、外侧支座受力不均匀,同时产生向外偏转的扭矩。支座的不均匀受力和扭矩会造成梁体裂缝。尤其是这种在中间桥墩上布置单点活动支座,不具有限制桥面径向位移的功能,一旦气温升高,桥面发生伸长膨胀,当受到两端支座约束时,则会朝径向起拱,桥面中轴线朝外弧的一侧偏移,从而加剧了恒载偏心产生的扭矩,以致加速了裂缝的扩展。3.1.3混凝土因数而产生裂缝混凝土由于水化热、日照温差、季节温差的影响,将引起温度应力,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时,将产生温度裂缝。冬季施工及蒸汽养护措施不当,使混凝土冷热、内外温差不均引起裂缝。由于曲率的原因,在温度变化时使得梁体沿切向位移不均匀,造成温度应力在同一截面上不同,引起梁体顶板、腹板和底板温度裂缝。3.1.4混凝土徐变裂缝产生原因混凝土在强度形成过程中表面的水蒸发并逐步扩展到内部,在混凝土内部形成含水梯度,表面收缩大而内部收缩小,出现内外收缩差,混凝土表面受到拉应力,而内部受到压应力,当混凝土表面的拉应力超过混凝土的抗拉强度时,便产生收缩裂缝。影响混凝土收缩徐变裂缝的主要因素有水泥品种、水灰比、外加剂、外界环境、养护方法等。干燥环境、养护不及时、混凝土水灰比过大容易引起收缩裂缝。3.2梁体横截面分析3.2.1抗扭弯抗扭建模从整联连续梁的受力性能分析上得知,上部结构所承受的扭矩都不能通过中间5个独柱墩上的单点铰支座来承担,而是通过两端交界墩或桥台上设置的抗扭支座来抵抗扭矩。由于中间跨采用独柱单支座,梁体抵抗水平力作用较差。桥台处的双支座抗扭功能很弱,而另一端的双支座通过牛腿与主线桥跨相连,而牛腿处也为独墩柱支撑,因此抗扭能力不足。3.2.2梁体所动工况曲线梁桥因两端约束较大,在温度变化长期作用下,中间部位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,以致整个梁体不断向外位移。3.2.3车辆离心与横向位移曲线梁桥由于温度变化和混凝土收缩的影响,在梁端产生了横向变形,在运营时汽车离心力也是指向外侧,并且产生使主梁向外弧方向翻转的扭矩。在汽车动荷载反复作用下,梁体在横向的变形不能够完全、及时地恢复,随着时间的延长而发生累计,从而使梁体发生“横向位移”。伴随着梁体的横向位移,支座发生严重的剪切变形。4通行车辆不足,桥上交通量大,桥梁通行车辆以大型拖车载为主,桥梁鉴于该桥承载能力已不能满足原设计荷载的等级要求,而桥上交通量较大,通行车辆以大型拖挂车为主,且超载现象严重,桥梁的实际通行荷载可能大于设计荷载标准,因此应严格限制20t以上车辆通行。4.1修补或加强补充法裂缝的存在对耐久性有很大影响,而且受力裂缝对承载能力削减明显,所以首先要对箱梁裂缝采用压浆或封闭法进行修补。鉴于实际通行荷载可能大于设计荷载标准,而且依据桥梁静动载检测的结果,该桥校验系数未能满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定,应当进行结构性加固,如采用体外预应力在结构的受拉区粘贴钢板、粘贴碳纤维复合材料(CFRP)加固、增设支撑、加大截面等。4.2柱内固结支撑体系设计该桥存在较严重的“横向偏移”现象,1A轴号处梁体错位达6cm。先让梁体复位,在出现侧向位移的墩柱部位架设临时钢结构支撑体系,利用千斤顶在垂直方向将梁体顶高,再利用水平千斤顶逐步将梁体顶回原设计位置。将横向偏移严重的1A轴处的独柱墩支撑体系采用托换的方式增设桩柱、钢帽梁及双支座,即改成双墩柱抗扭支撑(见图5),再将中间的一个独柱墩设计成固结墩或双柱墩,从整体上提高抗扭能力、侧向限位能力。5双支柱支撑体系布置的设计曲线梁桥受力分析复杂,结合MidasCivil2006有限元程序,以广州某匝道桥的桥梁检测为依托,对弯梁桥的病害成因进行分析,探讨了弯梁桥针对不同病害进行加固的问题。从广州地区独墩柱单支座曲线梁桥所发生的病害看,不同程度地存在径向位移,导致独墩柱曲线梁桥平面变位的内在因素是结构的支撑体系设计不