钢筋混凝土弯梁桥支座脱空的改善措施__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:120

副标题#e#摘要：文章结合弯梁桥设计实际情况，分析了弯梁桥支座脱空问题的多种成因，同时有的放矢的提出了这一问题的改善措施。
　　关键词：弯梁桥；支座脱空；成因；改善
　　
　　一、    平面弯梁桥支座反力的分配规律
　　弯梁桥平面上呈扇形布置，在桥梁中轴线上取单位弧长，与曲率中心连接所构成的内外两个扇形面积，是不对称于桥梁中轴线的，其中外弧侧的面积要大于内弧侧的面积，也就是平面弯梁桥内侧恒载较小、外侧较大。
　　
　　图1弯梁桥的平面形式
　　其次，由于行车的要求，按照工程技术标准，在结构横断面上要求桥梁外侧设置超高，也就是外侧弧超高、设置向内侧弧倾斜的横坡。
　　仅就恒载而言，上述两点原因就造成体系重心偏于桥梁中轴线的外弧侧，也就是结构恒载产生向外翻转的均布扭矩。
　　另外，车辆在桥梁弯道上行驶时，必然会产生指向桥梁外侧弧的离心力。
　　就静力平衡而言，无论恒载还是活载，均与弯梁桥上相邻两支点的连线不在同一个平面内，而是绕该连线发生扭转。
　　
　　图2弯梁桥恒载造成的“扭转”
　　基于以上因素，对于每个桥梁墩台上设置设多个支座的弯梁桥，显然外弧侧支座反力比内弧侧要大；对于中墩为独柱单点支撑，只在两侧桥台上设置两个支座的箱型截面连续弯梁桥，往往会出现桥台上横向两个支座中，内侧弧支座出现很小的支反力、甚至出现脱空的趋势。
　　二、    支座脱空的计算
　　支座脱空的计算，也就是对于连续梁横桥向、纵桥向各点支座受力进行计算，如果计算中发现在上部恒载、活载、各种偶然因素的综合作用下，某一点支座支反力出现绝对值比较小的正值或负值，即可判定该点支座出现脱空。
　　由于箱梁计算方法的差异性，同时荷载组合情况比较复杂，各程序计算支座反力存在着相当程度的差异。笔者接触的常用计算软件中，东南大学孙广华教授的《曲线梁桥设计计算程序》计算结果较为全面、直观，具有相当的可信性。另外结构分析程序MIDAS如果边界条件设置合理，也可以得到比较有说服力的支反力数据。
　　三、支座脱空的改善措施
　　为了避免支座脱空问题的出现，实际设计工作中会尽量采取各种措施改善支座受力不均的情况、避免支座脱空。当然，上述优化也必须是在有效计算指导之下有针对性的进行，以期取得良好效果。
　　支座脱空这一问题，过去长久以来经常被人们所忽视，但是在实际工程中，支座脱空实际上可能对桥梁结构的安全产生重大的不利影响，必须采取有效措施进行避免和改善。主要思路和做法如下：
　　1.    从桥梁规划入手，尽量避免设置曲率半径较小的弯梁桥。
　　这可以说是避免支座脱空的最根本、也是最有效的措施。但是由于桥梁规划、尤其是立交桥线形设计往往与现场实际情况紧密联系，如果迁就结构设计要求，将梁桥弯曲半径做的偏大，可能造成动迁量增大、占地面积增大、工程造价大幅度增高等问题，对工程经济性、合理性等产生不利影响。
　　所以在实际桥梁规划、设计工作中，这方面的考虑往往不能有效解决支座脱空问题，但必须注意进行小半径曲线弯梁桥总体设计时控制分跨、避免出现不合理的跨径布置，使得支座脱空问题更加突出。
　　2.    设置支座预偏心
　　当弯梁桥的平面曲率半径受到各项因素制约，不能够比较理想时，首先可考虑通过设置桥墩偏心、也就是令桥墩中心线连线位于桥梁中轴线的偏向外弧一侧，或者在单个桥墩上布置多个支座时，令支座布置的中心位于桥梁中轴线的偏向外弧一侧，缓解内外侧支座受力不均的情况。
　　3.    减小支座扭转跨径
　　作为一联连续弯梁桥，当平面曲线半径、桥宽等总体参数确定后，其由恒载、活载作用所产#p#副标题#e#生的受力结果基本上就是确定的，其扭矩值当然也已基本确定。此时，本联桥的扭矩需要由各点抗扭支座来共同承担。
　　扭转跨径，也就是指顺桥向两点抗扭支座之间的距离。作为一联连续梁桥，扭转跨径越小、本联内设置的抗扭支座数量越多，单个抗扭支座所需提供的抵抗扭矩数值也就越小。
　　支座抗扭主要是通过横桥向多点支座的竖向力差值、支座横桥向中心距结合来实现。当单个桥墩上支座个数、支座中心距确定后，顺桥向单点所需抵抗的横向扭矩越小，则横向各支座间的受力就越趋向于均匀，其竖向力差值也就越小，相应的，支座的脱空问题也就越获得明显的改善。
　　4.    优化调整支座间距和类型
　　总的来说，随着横桥向支座距离的增大，对于同样的桥梁扭矩作用，横向支座间的受力差异也会越来越小，支座受力均匀，支座脱空问题也能获得改善。所以在桥梁墩顶、梁底等结构尺寸配合的情况下，最大限度的增大支座间距，对于改善支座脱空也有明显的帮助。
　　现行的圬工桥涵设计规范，明文规定了支座襟边最小尺寸，但是鉴于该规范适用范围包括砌体结构，针对目前桥梁下部基本以C30以上标号混凝土为主导材料这一现实情况，作者认为这一规范的要求已经可以适当突破。
　　在实际设计工作中，对于跨径在20米至60米的连续箱梁，一般控制支座边缘与混凝土结构边缘间的最小襟边尺寸控制在20cm即可。
　　支座的选择对于支座受力的优化也存在影响，比较推荐的做法是在选用板式橡胶支座或盆式支座时，每个中墩上都要设置单向支座，控制上部结构横桥向位移和变形。顺桥向则应该全联中只在一点设置固定限制位移的支座，其余各点都允许结构发生顺桥向变形，以释放结构变形可能造成的次内力影响。
　　当选用普通板式橡胶支座时，可以通过在桥墩上放置支座时令支座长边位于顺桥向进一步加大支座间距。另外加大支座厚度也可以对支座受力不均有相当的改善。
　　另外，现在拉压支座作为一种成熟的产品，设计已经相当完善，对于上部结构的约束作用也比较显著可靠，可以应用于实际工程中。
　　5.    预应力钢索的影响
　　预应力作为单项荷载，由于在支点附近位于形心轴以上、甚至贴近箱梁顶班，其张拉可以对混凝土结构本体产生支点附近明显的上拔力作用，这种上拔力是作为一项次内力而存在的。
　　如果设置得当，上述预应力作用在梁端径向约束情况下，也会对支座脱空问题起一定的缓解作用，但是由于预应力钢索的设置总体上必须服从箱梁整体的受力规律，不可能为了配合优化支座受力进行过大的调整，所以这种预应力钢索对桥梁支座受力的作用并不很显著。
　　6.    施工阶段的注意事项
　　在笔者接触的工程实际中，施工阶段发生过尚未进行桥面铺装、防撞墙的裸梁，由于施工车辆严重偏载而产生的上部梁体侧翻的重大事故。
　　在进行连续弯梁桥结构设计计算中，笔者也发现对于存在支座脱空问题的小半径弯梁桥，支座负反力最危险的工况往往并不是出现在成桥通车以后，而是存在于尚未进行桥面铺装等二期恒载施工、桥梁自重较小时，此时如果不进行严格施工控制，也会造成相当不利的局面。
　　为避免类似事故发生，一般施工阶段，会对施工工序等做出严格要求：
　　（1）    进行桥面铺装施工时，必须先施工内侧，然后向平面圆弧外侧拓展。
　　（2）    施工防撞墙时，同理必须先进行内弧侧防撞墙浇注或安装，然后施工外侧。
　　（3）    桥梁施工开始前或施工过程中，都必须禁止施工车辆排队布上裸梁或施工中梁体外弧侧，以免活载造成内侧支座脱空加剧、梁体产生较大的侧翻力矩。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
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