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曲线桥梁的病害、成因及措施
2017-02-13  中国桥梁网 分享到:
关键词:曲线梁桥 力学特点 病害 措施 

   1、曲线梁桥的力学特点

   曲线梁桥由于曲率的影响,主梁在承受竖向荷载时必然发生扭转,而扭转作用又导致主梁的挠曲变形。与直线梁桥相比,曲线梁桥由于弯扭耦合作用,使得结构在受力上具有以下的一些特点:

   (1)主梁挠曲变形大,弯扭耦合效应明显。曲线梁桥的挠曲变形一般比相同跨径的直线梁桥大,这是因为曲线梁桥的挠曲变形不但来自于弯矩,而且还来自于扭转力矩。在均布荷载作用下,曲线梁桥外边缘的挠曲变形大于内边缘的挠曲变形,而且曲率半径愈小,变形愈严重。

   (2)弯矩效用大,曲线梁桥的弯矩一般比相同跨径的直线桥大。

   (3)扭矩效应大,在直线梁桥中,只有当荷载偏心时,才会产生扭矩;而在曲线梁桥中,无论荷载偏心与否,都有弯矩和扭矩产生,而且支承处也承受较大的扭矩。曲线梁桥中,总扭矩一般由自由扭转扭矩和约束扭矩组成,自由扭转矩和约束扭矩在总扭矩中所占比例,取决于曲线梁桥的曲率半径及主梁的截面形状。

   (4)横梁的重要性,曲线梁桥的横梁是有助于抵抗扭矩、保持全桥稳定的重要构件,因而与一般直线梁桥相比,要求曲线梁桥的横梁刚度较大。

   (5)支承反力的特殊性,与直线梁桥相比曲线梁桥的支承反力有外梁大,内梁小的倾向。因此在内梁中有产生负反力的可能,尤其在曲率半径和静荷载较小时,更容易出现负反力。

   2、曲线梁桥的常见病害

   由于结构受力上的特点,曲线梁桥尤其是小半径曲线梁桥比直线梁桥更容易出现各种病害,在对曲线梁桥病害的调查总结发现,曲线梁桥的常见现象可归纳为以下几种:

   (1)梁体出现裂缝,桥墩盖梁出现裂缝。曲线梁桥设置双支座抗扭盖梁,由于支座脱空,另一侧支座受力过大而引起盖梁开裂。

   (2)曲线桥出现侧移和转动,桥面横坡及梁轴曲率出现有害变化。梁体结构径向变位不能回复,导致梁体外移量逐年增加,当径向变位累积到一定量后,梁体有脱空、失稳的可能。

   (3)支座破坏,由于梁体结构径向变位所产生的剪切作用而变形严重,部分橡胶支座环向开裂失效。此外,在恒载状态下,曲线梁桥梁端内、外侧支座受力不均,内侧面支座可能出现拉力,产生脱空现象;外侧支座剪切变形量过大,也会影响使用寿命。

   (4)下部结构破坏。由于预应力的径向力作用,使梁体产生扭转变形,梁体的变形使结构的受力状态与原设计有所不同。按现状运行的话,上部结构的受力性能尚能满足规范要求,但是部分下部结构的设计承载力则明显不足。桩基、立柱和盖梁的受力超过原设计值,从而影响正常使用。

   3、病害原因分析

   曲线桥梁由于自重和外力荷载作用下会产生扭矩和扭转变形,引起病害主要有梁体纵横向的爬移错位、支座脱空、梁体倾斜等病害。

   (1)桥梁下部结构采用独柱支承方式,支承点的位置对梁体的扭转受力有较大影响,支承点的位置不正确会导致梁体扭转变形较大,引起支座脱空、梁体倾斜。

   (2)桥台、桥墩的支座形式设置对梁体爬移有较大影响,主要是因为在采用没有水平位移约束的活动支座时,曲线梁在汽车活载的离心力和制动力长期反复作用下,容易产生主梁向曲线外侧及汽车制动力方向的水平错位,一般匝道桥都是单向行驶,所以这种作用力总是朝着固定的方向。当中墩采用圆板支座时,在梁体纵坡的影响下,梁体易产生向下的滑动,这种滑动与汽车制动力一致时就更加剧了主梁的水平错位。

   (3)设计时只注意到了梁体的扭矩而忽视了控制它的扭转变形,一根曲线梁虽然扭矩值满足设计要求,但是并不一定达到了其真正的平衡状态,仍然会使梁体产生很大的扭转变形,所以设计时要使支点和跨中载面的扭转角接近相等,同时控制梁体各载面的扭转角和扭矩值,使梁体被调整到最佳平衡状态。

   4、对策分析

   为了减少桥梁病害的发生,对各种病害都应采取相应的措施:

   (1)防止梁体平面转动和扭转的措施

   曲线梁桥的自身特点决定了体积中心偏于桥轴线的外弧线,同时产生了向外侧翻转的均匀扭矩,加上车辆行驶时的离心力,它们均与弯梁桥上相邻两支点的连线不处在同一平面内,而是绕该连线发生扭转。最简单的解决方法是将中间独柱墩的支座向外侧设置一定的预偏心,还可以采取一些构造措施加以改善, 如:将梁体的附属结构设置在内弧侧,桥台上内弧侧的支座设计为拉压支座等。

   另外,为限制现浇弯梁的侧向移动, 防止运营中出现转动,在匝道桥交界墩及桥台抗震挡块内侧增设四氟板及其固定钢板,并用膨胀螺栓固定。

   (2)对钢筋锈蚀处理的措施

   对于钢筋锈蚀问题,在修复出现锈蚀的区域时,首先要清除所锈蚀区域的混凝土,然后对钢筋采用喷砂法和超高压水枪进行喷射除锈处理。如果钢筋严重锈蚀,应根据演算结果确定修复部位并增加钢筋数量,以确保钢筋含筋率,然后浇注高强混凝土。当混凝土层较薄无法立模施工时,可以采用喷射混凝土浇注。另外,在经常接触水的表面增加环氧树脂或其他高分子材料作为防水层,也可以达到防锈蚀的效果。

   (3)防止裂缝出现的措施

   可以通过提高结构的含筋率来预防病害;对于已出现裂缝的桥梁可以采用“ 植筋”技术和在混凝土表面涂抹环氧树脂保护层的方法处置。对于墩台病害,应严格控制超载车辆, 对薄壁墩台应该控制墩台的高度。当桥梁墩台由于基础埋置深度不够,或因施工质量控制不严等原因, 导致墩台开裂破损时, 有时会有贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。

   参考文献:

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   [3]罗旭.预应力混凝土连续曲线箱梁布束问题的探讨[J].科技资讯,2006,(35)

   [4]张洪军,郝广成,辛晓慧.现浇曲线箱梁支架的设计与施工[J].现代交通技术,2006,(06)
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