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较大纵坡梁桥纵向下滑机理及处置策略

日期:2022年04月08日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:166
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202111251504569902 论文字数:33566 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
相关标签:土木工程论文

本文是一篇土木工程论文,本文研究较大纵坡梁桥下滑机理的理论依据是:梁体出现下滑与支座的摩擦力和支座的受压变形有关,通过有限元模型分析汽车加速荷载、汽车制动荷载、梁体随温差变化对支座受力状态产生的影响进行分析。


第1章  绪论


1.1  概述

我国交通建设正处在高速发展阶段,江西省高速也发展迅速,江西地处山区丘陵,地形起伏较大。受到地形、地貌的影响,在修建公路时常采用大纵坡桥梁。桥梁纵坡较大容易引起伸缩缝破坏、支座剪切变形、主梁纵向滑移等病害。《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)规定桥梁纵坡不宜大于 4%。但该条款并未强制执行,在特殊地形、情况下,经常采用纵坡大于 4%的桥梁,甚至有的桥梁纵坡达到 6%。大纵坡给桥梁使用会带来什么样的危害?是否有合适的方法来减少、甚至消除这一危害?桥梁不宜设置大纵坡的主要原因之一是支座容易出现剪切破坏。在运营阶段,超重车对大纵坡桥梁影响也较大。在一些大纵坡桥梁中常伴随梁体滑移导致伸缩缝挤死的现象,主梁滑移导致的最严重后果就是梁体落空、垮塌。针对这一现象将重点分析探讨,结合施工工艺、设计原理等对桥梁滑移的案例进行分析,研究导致梁体滑移的机理,最终通过系统研究找到解决这一问题的处置对策。

铅芯板式橡胶支座适用于抗震要求较高的地域及有隔震要求的结构;而对于跨度较大的连续现浇箱梁适合采用盆式橡胶支座,该类型支座需要预埋钢板焊连或用地脚螺栓将支座与桥梁上下部构造连接,要求满足受力性能的基础上,要保证使用的耐久性,施工安装和维修更换的方便性。通过比较,中小跨径桥梁常采用普通板式橡胶支座或滑板橡胶支座,这两类支座适用于最大支座反力支座反力小于 2500kN 的桥梁,其优点有不仅技术性能优良,而且构造简单、性价比高,且易于更换、建筑高度要求低,具有缓冲隔震等特点。另外,通过调查,橡胶支座普遍用于公路桥梁,但是近年来在桥梁施工过程中、桥梁检测结果以及对桥梁病害分析后发现,橡胶支座在设计选用、施工安装以及养护维修等方面存在一些问题和隐患;因此,需要从支座型号的选用、施工的规范、厂家生产的产品质量、试验检测都要严格把关,确保支座能够达到使用功能和耐久性要求。


1.2  国内外研究现状

1.2.1  较大纵坡梁桥调查情况

国内较大纵坡梁桥主要存在于互通匝道桥梁或一些山区受地形影响较大的桥梁。一方面,对于互通匝道纵坡较大的桥梁常采用连续箱梁结构形式,设计上采用固结墩的措施防止梁体滑移;另一方面,在某些山区较大纵坡的桥梁常在其盖梁采取限位措施预防主梁滑移。但是,存在某些桥梁限位措施效果不佳的情况。一类是纵坡大于 3%的梁桥进行墩梁固结,墩梁变形导致伸缩缝处挤压隆起;另一类是也存在于 2.8~2.9%的梁桥在设计验算时虽然通过了验算,但如果施工误差未控制好,或者支座变形后常使桥梁纵坡增大产生滑移,同时,在温度的影响下产生蠕变,最终量变产生质变发生较大的位移。

如本论文的案例石吉高速陈屋高架桥,该桥纵坡为 2.9%,定期检测时发现主梁存在整体滑移现象,同时该桥未设置固定约束,不能有效限制梁体位移,上部结构滑移最大达到 9.63cm,支座存在剪切变形。

以某桥[2]为例,桥梁上部结构采用预应力混凝土箱梁,桥面设计纵坡为 3.952%,该桥在建成后发生主梁整体位移,第一孔主梁梁端紧贴 0#桥台背墙导致伸缩缝顶死,支座发生严重剪切变形。

再如某高速公路的一座互通单向纵坡桥梁[4],上部结构采用连续箱梁,每联设置一个固结墩,该桥伸缩缝顶死隆起,支座最大滑移量为 12cm,通过该桥对墩梁固结后结构受力分析表明得出墩梁固结对彻底解决梁体纵向滑移的意义不大。

从大纵坡梁桥的工程实例及相关论文反映的调查情况来看,大纵坡桥梁存在一些实际的工程难题,比如大纵坡滑移会使伸缩缝顶死、支座剪切变形、支座脱空,在桥梁运营过程中,这些情况将影响桥梁结构安全及行车安全由此可见,对大纵坡梁桥下滑的研究有极其深远的工程实际意义。本论文研究大纵坡下滑的规律及其特征进行具有重要的工程意义。


第2章  支座的工作机理及汽车加速和制动对大纵坡桥梁的影响分析


2.1  概述

支座的受力情况是会随着纵坡的变化发生相应的改变。设想一下,当纵坡为0%时,上部结构的自重荷载通过支座传递至下部结构,此时支座除作为上部构造和下部构造的媒介承受一定的变形外,还将桥梁上部结构的荷载传递至下部结构;当桥梁有一定纵坡时,支座本身不仅仅作为一种媒介存在,它自身的变形和支座表面的摩擦力以抵御梁体下滑趋势;随着纵坡逐渐增大到一定值时,支座的变形与摩擦力不足以抵御梁体的下滑力,此时主梁会产生下滑。假设我们研究的桥梁纵坡未超限,如果支座本身存在一定的倾角或主梁一端支座脱空致使梁体的实际纵坡比较大,这将会对大纵坡桥梁产生怎样的影响?

特大型公路、铁路桥梁设计承载力一般都达到 1000kN,而盆式橡胶支座能够满足设计承载力的要求。该类支座最大的支座反力设计值可以达到 50000kN,据有关南京长江二桥北汊桥的资料显示,该桥主跨上部结构为 165m 的连续箱梁桥,其采用盆式橡胶支座的支座反力设计值为 65000kN。根据调查显示,盆式橡胶支座的有两个主要优点,一是其钢制的凹形金属盆大大超过支座的刚度,能够有效限制橡胶支座沿侧向变形,达到显著提高其承载能力的目的;二是在金属盆顶面嵌放一块相对摩擦系数较小的四氟乙烯钢板,使盆式内的橡胶支座可以与四氟钢板沿桥横向或纵向产生相对滑动,以满足桥梁上部结构沿纵桥方向或横桥方向的位移要求。另外,梁体转动也是通过金属盆内的橡胶材料随受力变化进行压缩变形以达到桥梁的变化要求,这一特点对特大跨度的桥梁非常有利。对于桥梁跨度大于 20m 且设计支座反力大于 2000kN 的桥梁,尽量采用比较经济可靠的盆式橡胶支座,更有利于桥梁的结构安全。


2.2  大纵坡桥梁支座一般构造形式

2.2.1  常见支座形式

通过调查,大纵坡桥梁使用的支座主要类型有:板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形板式橡胶支座、坡型板式橡胶支座;

(1)普通板式橡胶支座

板式橡胶支座可分成矩形板式橡胶支座(GJZ)、圆形板式橡胶支座(GYZ)共 2 种类型,普通板式橡胶支座最大承载力设计值可达到 1000t。其主要构造特点为:在支座橡胶层中间设置了金属加劲板,金属加劲板的摩擦力起到限制橡胶层侧向膨胀的作用,从而使支座的抗压承载能力得到显著的提升。每层金属加劲板的厚度一般为 2~3mm 之间,支座的中间层橡胶厚度一般为 5~10mm 之间,金属加劲板的厚度及橡胶层的厚度按照使用要求设计,如图 2-1 所示。板式橡胶支座一般适用于支座反力设计值在 2000kN 以下,30m 以内水平位移较小的中小跨径桥梁。普通板式橡胶支座是根据设计位移量和设计支座反力值来确定支座的型号、规格等参数。普通板式橡胶支座一般采用水平方式进行安装,当需要在倾斜面上安装时,安装位置的倾斜度应≤2%。

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2)四氟板式橡胶支座

四氟滑板式橡胶支座由矩形四氟板式橡胶支座(GJZF4)和圆形四氟板式橡胶支座(GYZF4)两种,是在板式橡胶支座的顶面安装聚四氟乙烯板,将一块不锈钢板设置在主梁的底部能够与四氟板式橡胶支座沿主梁纵向或横向相对滑动。这是利用了聚四氟乙烯板表面摩擦系数很小的特点,可以与不锈钢钢板产生相对滑动的机理,将橡胶支座成为具有滑动功能的支座。四氟板式橡胶支座既有板式橡胶支座的优点,又能满足主梁相对滑动的设计要求。因此这类支座更适用于简支梁桥、连续梁桥或先简直后连续且跨度较大的桥梁。


第 3 章  考虑支座变形的大纵坡梁桥模型研究 .................... 24

3.1  概述 ........................ 24

3.2  模型建立 ....................... 24

3.3  有限元模型分析 ........................... 26

第 4 章  大纵坡桥梁纵向下滑的预防与处置对策研究 .............. 43

4.1  概述 .................................. 43

4.2  大纵坡桥梁纵向下滑原因分析 .......................... 43

4.3  大纵坡桥梁下滑预防与处置对策 ........................ 43

第 5 章  工程案例分析 ........................................ 48

5.1  工程概况 ......................... 48

5.2  病害原因分析 ............................. 49

5.3  顶推法主梁复位处治措施分析 .......................... 49


第5章  工程案例分析


5.1  工程概况

石吉高速陈屋高架桥纵坡为 2.90%,桥位平面位于 R=700m 的圆曲线上,桥梁上部结构为 15×25m 装配式预应力先简直后连续砼小箱梁。桥梁分左右幅,单幅每孔横向布置 4 片箱梁。5 孔一整联,桥梁左右幅对称分别有三联,。单幅每孔横向设置 4 片小箱梁。桥台及伸缩缝处桥墩支座采用 GYZF4250×65 滑板橡胶支座,连续墩采用 GYZ350×74 板式橡胶支座。桥台位置处伸缩缝为 D80 型伸缩缝,其余分联端为 D160 型伸缩缝。桥面铺装为 10cm 沥青混凝土+10cm 防水混凝土。下部采用柱式墩,每个墩