《探究曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加固方案研究[世界桥梁]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加固方案研究[世界桥梁]（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加 固方案研究 王艳 陈淮 李杰 陈代海 7 5 结合彩虹桥的结构特点 现场条件及桥梁出现 的 主要 问题 提 出了 6 种 加 固方案 对 6种方 案 进行 静力加固效果仿真分析 所得结论可为该桥 的加 固 设计 提供 依据 2加 固 方案 针对彩虹桥 目前存在 的主要问题 结合其特点 提 出以下 几种加 固改造方 案 1 方案 1 简支变连续体系改造方案 为在一 定程度提高桥梁整体刚度 减小桥面跨中变形 考虑 采用简支变连续体系改造方案 即利用梁 的连续作 用改变结构受力体系I 5 达到有效提高原结构承载 能力E 6 7 和桥跨结构整体 刚度 的 目的 具体实施
2、时 通 过在 各墩 顶 接 缝 处 增 设 2 m 长 的刚 性 连 接 杆 件 连接相邻下弦杆 将原 4跨 简支 曲弦桁梁桥连接成 4跨 曲弦 桁 梁 桥 连续 体 系 刚性 连 接 杆 件 截 面采 用 原下弦杆截面 在原有支座位置仅需根据连续体系 的特点 将纵向支座变换为 1 个固定支座 其余为活 动 铰支 座 改造 施工 工程 量较 小 造 价低 2 方 案 2 增 设跨 中吊杆方 案 为改 善桥 面板 变形 较 大特别 是 横梁 变 形 较 大 的 问题 在 横撑 跨 中 悬吊若干吊杆 吊杆下端锚 固于桥 面下横梁上 通过 张拉吊索解决桥面变形较大的问题 具体实施时需 先协调铁路运行
3、时间 然后去除上下行分隔带横 向 1 r n宽的桥面铺装 露出下部横梁 采用焊接或抱箍 方式将吊杆锚 固于横梁和顶部横撑上 为考虑施工 方便与安全 吊杆下端永久锚固于横梁 并在顶部横 撑上进行 吊索张拉 吊杆可采用工 厂生产 的成 品 束 初 张力初 设 为 2 0 0 k N 在 中央分 隔 带增 设 横 向 宽度 约 0 5 i n 的 硬 隔 离 带 以 保 护 增 设 吊 杆 的安 全 该方案改造工程量较小 仅需掀开桥面锚 固吊 杆 同时上端张拉 吊杆并锚固于横撑合适部位 3 方案 3 横撑改造方案 桥梁现有空钢管桁 架式 风 撑锈蚀 严 重 为 避 免增 设 吊杆 后 横 撑 承 载
4、力 不足 考虑在方案 2的基础上改造 2片桁梁之间的 横撑 将其改为钢管混凝土构件 具体实施 时在原 横撑位置将空钢管桁架横撑沿上弦杆根部切割 采 用焊接或抱箍方式设置 8 O O r a m 壁厚 2 O mm的钢 管 钢 管 内填 C 4 o混凝 土 风 撑 改造 在 实 施 中需 要 在其 它 杆件 改造 措施 之后 完成 l 8 4 方案 4 增设边纵梁和外 吊杆方案 为将桥 梁 的非 机动 车道 和 人行 道 改 为 机 动 车道 需 要 考 虑 提高横梁悬臂段桥面承载力 增设纵梁的改造方法 可以改善桥面受力 因此考虑在方案 3的基础上 在横梁外伸端部增设边纵梁 再将横撑横 向向外伸
5、 长 在横撑外伸端与横梁端部之间外挂吊杆 通过张 拉 外挂 吊杆 达 到提 高 原 非 机 动 车道 和 人 行 道 承 载 能力 的 目的 新 增边 纵梁 采用梁 高 2 8 0 mmx8 mr l l 的小钢箱 与中横梁端部截面同高 5 方案 5 增大腹杆截面方案 原桥主桁腹杆 在 活载 作用 下 的应 力 比重 较 大 且 主 桁 两 端短 腹 杆 应 力峰 值较 高 易发生 疲 劳破坏 考 虑采用 增大 截面 法口 o 对其进行加 固 具体实施 时在方案 4的基础 上 对 6 2 m 跨 径 桥 梁所 有腹 杆 内均灌 注 混凝 土 对 1 2 2 m 跨 径 桥 梁 主桁 两端 的
6、3根 短 腹 杆 内灌 注 混 凝 土 6 方 案 6 纵 向预 应力 加强 方案 为 了进一 步 降低 桥梁 整体 变形 降低 下 弦应力 水平 在 方案 5的 基础上增加桥梁 下弦杆 的纵 向预应 力初 张力 6 2 m跨径桥梁预应力初张力拟提高 2 0 1 2 2 m跨径 桥梁 由于预应 力初 张力 较小 拟提 高 5 O 完 成上 述 相 应改 造 后 由于桥 面损 坏 严 重 需 要 重新做桥面铺装 最后清理桥面 拆除横撑支架 开 放交 通 3加 固方案效 果 分析 3 1 桥梁有限元模型建立 为 对 比分 析 彩 虹桥 加 固前 后 的静 力 力学 性 能 采用有限元程序 MI D
7、AS分别建立 6 2 m 和 1 2 2 m 跨 径 桥 梁 及 各 加 固 方 案 的 空 间有 限 元 模 型 见 图 2 上弦杆选用标准钢管混凝 土组合截面 并用空 间梁单元模拟 下弦杆用 2根共用节点 的空 间梁单 元分 别模 拟钢 箱 梁 和 内填 砂 浆 1 2 2 r n跨 径 桥 梁 下 弦杆内设置的 2 6 根 O mm拉筋 在模型 中将其等 效为 1 根 直径 为 1 5 3 mm 的粗 钢 筋 采 用 与 下 弦 钢 梁和砂浆梁单元共节点 的梁单元模拟 横梁 腹杆 横撑 桁架 杆件 及加 固方 案 中增 设 的边纵 梁 均采用 空 间梁单元模拟 加 固方案 中增设 的吊杆
8、采用杆单元 模拟 桥 面板采 用板 单元 模 拟 桥 面板 刚度不 考虑 预 制 自立式 空心 板 的抗 弯 刚 度 及 沥青 桥 面 铺 装 刚度 仅考虑现浇桥面板 的刚度 所 以板厚取值仅计及现 浇桥面板厚度 而将 预制空心板及沥青桥 面铺装重 量换 算 到现浇 面板 重量 中 为考察成桥运营 2 0年后桥梁下弦预应力损失 以 6 2 m跨径桥梁为例 对其进行施工阶段分析 结 果表 明 桥 梁 下 弦 每 根纵 向预 应 力 平 均损 失 约 8 8 k N 仅 占原有初 始预 应 力 的 1 7 9 6 损 失 极 小 所 以 在桥 梁有 限元模 型 中忽 略不计 下 弦预应 力损 失
9、桥 曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加 固方案研究 王艳 陈淮 李杰 陈代海 7 7 高 说明局部加强上 下弦杆端节点连接刚度仅可小 幅提高 主桁 整体 竖 向刚度 6 方案 6进一步降低 了桥 梁的整体 变形 幅 度 分别 为 1 8 2 和 6 尤 其对 下 弦 杆 变形 改 善 效 果 明显 但 对横 梁相 对变 形几 乎没 有影 响 3 2 2应 力 6 2 m 和 1 2 2 m 跨 径 桥梁 原 结 构 和各 加 固改 造 方案在 恒 载 活 载 恒 活 3 种 工况 下桥 梁各 主要 受 力构件的最大组合应力分别如表 3 表 4 所示 分 析表 3 表 4计算 结果 可 以得 出各 加
10、 固改 造 措 施对 桥梁 各 主要受 力构 件应 力 的影 响 1 方案 1通过 设 置刚性 杆件 连 接 4跨 简 支桥 梁后 使 中横梁 腹杆 横撑应力 略有降低 但主桁 的上弦杆和下弦杆端部最大组合应力增加过多 发 生 了较 大 的压 应 力集 中现象 尤 其是 1 2 2 m 跨径 桥 梁下 弦杆端 部最 大 组 合压 应 力 达 到 2 3 9 MP a 即 降 低 了上 弦杆 和下 弦 杆 应 力安 全 储 备 也 抵 消 部分 下 弦预应力效应 使结构主要承重构件受力变得不利 2 方案 2中上 弦 杆和下 弦 杆最 大 组合 应 力基 本维持在与原结构同等的应力水平 腹杆 横梁
11、内力 略有降低 但 由于 吊杆直接悬 吊在横撑上 导致 6 2 m 和 1 2 2 i n跨 径 桥 梁 横 撑 最 大 组 合 应 力 分 别 达 表 3 6 2 I l ll 跨径桥 梁原 结构 和各加固改造方案的结构构件最大组合应力 MP a 注 压应力为 负值 拉应力为正值 下 同 表 4 1 2 2 m 跨径 桥梁原结构和各加 固改造方案 的结构构件最 大组合 应力 MP a 7 8 世 界 r r t 2 0 1 5 4 3 5 3 6 9 0 9 MP a 和 2 5 4 MP a 6 2 r n跨 径 桥 梁 横 撑 承 载 力 明显不 能满 足 要 求 1 2 2 m 跨 径
12、桥 梁 横 撑 安 全 储 备较小 因此若要采用增设 吊杆方案需要对桥梁原 有 横撑 进行 改造 3 方案 3中钢管混凝土横撑应力最大组合应 力明显小于方案 2 对应横撑应力 且应力水平较低 具 有较 大应 力安 全 储 备 主桁 上 弦 杆 下 弦 杆 最 大 组 合应 力略 有增 加 横 梁 与 腹杆 最 大组 合 应 力 比原 结构有所降低 4 方案 4中主桁上 弦杆 下 弦 杆 横撑 最 大 组 合应力较方案 3略有增加 横梁与腹杆最大组合应 力较方案 3略有降低 5 方 案 5中桥 梁 上 弦 杆 最 大 应 力 有 小 幅 增 加 但愎杆最大组合应力得到了显著降低 降幅分别 为 4
13、 7 和 3 2 6 方 案 6中上 弦杆两 端 最 大组 合 应力 与原 始 结 构 相 比有一 定 幅度 增 加 但 杆 件 仍 有 足够 的安 全 储备 下 弦杆 横梁应 力 水平基 本 与原 始结 构基 本持 平 与方案 5 相 比有所降低 3 2 3结 果 分析 综合 分 析各加 固改造方 案 对桥梁 结构 变形 和 主 要构件应力的影响 得出以下结论 1 方案 1可使桥梁变形得 到一定程度改善 但主桁梁端部出现压应 力过 于集 中现象 使其成为 桥 梁受 力薄 弱部 位 所 以该 方 法不 适 用 于该 种 曲 弦 桁 梁桥 加 固 2 方 案 3是 减小桥 梁 横梁 跨 中相 对
14、 变形 的有 效 途径 对 1 2 2 m 跨 径 桥 梁 效 果 更 为 明显 可 在 一 定 程度 改善 6 2 m 跨径 桥 梁 的整体 最 大 变 形 方 案 4可在 主 要 承 重 构 件应 力 增 幅较 小 的 情 况 下 有 效 改 善横 梁 悬臂 端 变形 方 案 5可 明显 提 高 6 2 m 跨 径 桥梁 的整 体 刚度 和 横 梁 局部 刚度 有 效 降 低 腹 杆 的应 力 幅 减 小 腹 杆 发 生 疲 劳 破 坏 的风 险 方 案 6 可有效降低桥梁的下弦杆变形 从而进一步降低整 体结构变形 但对横梁相对变形影响不大 3 方 案 6 使 桥 面变形 较 大这 一 主
15、要 问题得 到 明显 改善 6 2 r n 跨 径 桥梁 整体 结构 刚度 和横 梁局 部 刚度 1 2 2 m跨径桥梁 横梁局部 刚度均得到有效提 高 除上弦杆外的各主要受力构件应力水平均与原 结构 基本 持平 其 中腹杆 最 大应 力 水 平 则 得 到显 著 降低 上弦杆应力虽有一定增幅 但杆件仍保 留足 够安全储备 以上说明该加 固方案合理 且由于其 施工操作方便 改造工程量小 施 工安全风险较低 是改 善 曲弦下 承式 钢管 混凝 土桁梁 桥桥 面 刚度切 实 可行 的有 效途 径之 一 4 结 语 郑 州市 北 三 环路 彩 虹 桥 经过 近 2 0年 的长 期 负 荷运营 桥梁结
16、构部分构件出现了一定程度的损伤 锈 蚀 开 裂等 病害 车辆 过 桥 时 桥 梁振 动 较 大 行 车 安全感降低 针对该桥存在的主要问题并结合现场 限制条 件 提 出了简 支变连续 等 6种加 固改造方 案 对各加固方案进行有 限元计算分析 拟定了综合运 用横撑改造 增设横梁跨中和悬臂端 吊杆 在腹杆内 灌 注混 凝 土 加 强 下 弦 杆 纵 向预 应 力 的 加 固措 施 该 措施 可使 桥梁 的桥 面 局部 变 形 明显 改 善 施 工 操 作方便 改造工程量小 方案切实可行 所得结论可 为该种 或类 似 桥梁 结 构 的加 固设 计 提供 借 鉴 和 参 考 参 考 文 献 E l i崔玉惠 陈义军 乔景川 1 2 2 m下 承式 曲弦钢管混凝土 桁梁 的设 计 特 点 J 哈 尔 滨建 筑 大 学 学 报 1 9 9 7 3 0 5 1 6 2 1 6 5 2 河南省公路工程试验检测 中心有 限公 司 郑州 市北 环跨 铁路枢 纽站 立 交 桥荷 载 试 验报 告 E 2 0 0 8 0 7 2 R 2 00 8 E 3 河南 省公路工 程试 验检测中心有限公司 郑州市北环
