摘要:小半径斜弯桥作为一种特殊的桥梁结构形式,其受力情况较为复杂,受温度效应影响较大,在车辆离心力作用下,容易产生支座变形、脱空现象,影响桥梁使用安全。为有效探究小半径斜弯桥板式橡胶支座的病害产生机理,提高支座病害处治效果,文章依托某公路桥梁工程橡胶支座处治案例,根据桥梁支座病害检测结果,初步推测病害形成原因,利用数值模拟计算进一步分析了板式橡胶支座的病害产生机理,并提出了具体的处治方案,取得了显著成效,相关研究成果可供同行参考借鉴。
公路桥梁工程建设时,受沿线地形及现有构造设施影响,通过采用小半径斜弯桥进行过渡,以有效满足实际工程需求。此类桥梁结构在服役过程中,受汽车离心力作用,桥梁上部结构会产生横向位移,导致支座系统出现偏压现象,从而引发支座变形、脱空、失效等问题,威胁桥梁使用安全。为此,该文结合某桥梁工程案例,系统分析了小半径斜弯桥板式橡胶支座的病害产生机理,并提出了具体的处治措施,对提高桥梁支座病害处治水平,保证桥梁使用安全,具有十分重要的意义。
1、工程概况
某公路桥梁工程采用小半径斜弯桥设计,于2020年正式投入运营,限速40.0 km/h。上部结构为连续预应力T梁结构,桥跨组合为(2×25+5×25)m,斜向夹角60°,总长度为182.5 m。该桥位于R=150.0 m圆曲线上,桥面总宽度为9.2 m,车行道宽度为8.2 m,双侧防护栏杆宽度为0.5 m×2。橡胶支座纵、横向布设形式见图1所示。
图1橡胶支座纵、横向布设示意图
通过现场专项调查发现,整桥超过4/5以上的支座存在变形、脱空、开裂等问题,其中脱空范围高达10.0%,高度超过1.0 mm。整桥支座病害分布情况,见图2所示。
图2整桥支座病害分布示意图
2、病害成因分析
桥梁支座变形、脱空及开裂分别为1级、2级及3级病害;其中,对于1、2级病害支座实施修复处理并加强监测即可,而对于3级病害支座应进行更换处理[1]。根据该桥梁支座病害实际情况,初步推测其病害成因如下:
(1)桥梁结构设计时仅考虑极限荷载作用下支座外侧外缘脱空的状况,而忽略了结构自身重力及混凝土徐变作用,从而造成支座内侧外缘产生脱空病害。
(2)板式橡胶支座内部橡胶层较薄且厚度不均匀,实际使用过程中存在受力不均现象,进而导致支座局部变形、脱空[2]。
(3)支座安装位置不准确,其中轴线与上部盖梁及下部桥墩中轴线不在同一垂线上,存在偏压现象[3]。
(4)垫石顶部平整度及标高不达标,造成支座存在局部受力过大问题,从而使部分支座处于脱空状态。
3、桥梁支座计算
3.1支座计算工况
由于该弯桥处于R=150.0 m曲线上,在对支座受力分析时应充分考虑离心力作用,支座变形条件下的横向荷载分布见图3所示。荷载计算时应全面考虑重载交通、支座脱空、变形等情况。
图3橡胶支座变形条件下的横向荷载分布示意图
根据现行《公路桥梁设计技术规程》相关规定进行离心力计算,具体情况如下:
(1)工况一:550×2×302/(127×150)≈51.97 k N
(2)工况二:800×2×602/(127×150)≈302.36 k N
(3)工况三:550×2×302/(127×150)≈51.97 k N
3.2支座荷载计算
根据该桥梁原始设计方案,其横桥向设置4片预应力混凝土T梁,铺装层为厚度10.0 cm沥青混凝土+厚度8.0 cm C50混凝土,横桥坡度为6.0%。
单跨T梁重量为108.3×26=2 813.8 k N
单跨二期恒载:0.82×25×23+0.656×25×25+7.5×25×2=1 256.6 k N
单跨交通荷载:(10.5×25+310)×2=1 145.0 k N
各支座竖向荷载:
[1.2×(2 813.2+1 256)+1.4×1 145]/4=1 621.4 k N
在支座脱空面积为10.0%、高度为1.0 mm的条件下,受到的横向荷载作用:H=1621.5×0.08=129.6 k N。通过计算得到三种工况条件下每一支座的受力大小,见表1所示。
3.3数值模拟
通过MIDAS FEA NX系统构建板式橡胶支座模拟,单层加劲钢板、橡胶层及中间层厚度依次为5.0 mm、2.5 mm、12.0 mm,钢板、橡胶通过实体模型进行模拟,相关技术指标见表2所示。采用接触模型对车轮摩擦力作用下的支座受力情况实施模拟分析,D550×110支座底部及顶部的摩擦系数分别为0.3和0.2,板式支座网格模型见图4所示。
表1各工况支座内力计算一览
表2各材料主要物理力学参数
图4 D550×110板式支座网格模型
根据支座实际受力情况,在加劲钢板及橡胶部位分别施加竖、横向均匀荷载;对于支座存在的10.0%脱空状况,为简化计算过程,通过调整竖向荷载位置对支座脱空状态的受力状况实施模拟分析[4,5],具体受力形式见图5所示。
图5支座脱空状态受力简图
按照现行《桥梁工程板式橡胶支座施工技术规程》相关要求,求出三种工况下支座受力及变形情况,详细数据见表3所示:
表3各工况支座计算对比一览
通过分析表3可知:
(1)由工况一、二对比发现,汽车超载、超速条件下,桥梁支座产生的侧向位移较大。
(2)由工况一、三对比发现,桥梁支座脱空条件下,其侧向位移较大。
(3)由工况二、三对比发现,相较于汽车超载、超速,支座脱空导致的侧向位移较大。
4、桥梁支座缺陷处治方案
4.1处治方案
通过模拟计算可知,桥梁支座系统产生的水平剪切变形、开裂、脱空等病害与汽车超载、超速离心力过大密切相关[6,7]。针对此类现象,提出在弯桥部位设置限速、限载标识,以有效防止超速、超载现象,降低支座受到的荷载作用。同时,由于既有挡块已产生裂缝,为防止T梁结构出现侧向滑移,应在桥墩顶部合适部位设置横向限位装置。详细处治方案如下:
(1)按照相关标准要求,并结合桥梁实际情况,在合适部位设置醒目限速、限载设施,保证车辆运行安全[8]。
(2)通过液压式千斤顶抬升桥梁上部结构,将各支座的垫石顶面调节至指定标高,采用阻尼减震支座替换板式橡胶支座,并补齐缺失挡块。
(3)在桥墩顶部支座侧移及变形部位的盖梁底部设置限位装置,以有效控制支座侧向移动[9],限位装置布设示意图见图6所示。
图6支座横向限位装置布设示意图
4.2加固效果
按照以上治理方案,通过设置钢板有效修复支座脱空病害,确保支座受力均衡,避免出现支座偏载现象,防止支座开裂、变形。通过设置水平限位装置,将汽车运行过程中形成的离心作用转移至墩台基础,显著降低了支座水平荷载作用[10]。当前,该桥梁工程改造处理后已运营一年,支座运行状况良好,未出现脱空、变形等问题,效果显著。
5、结语
综上所述,该文结合某小半径斜弯桥支座病害处治实践,通过数值模拟计算分析了板式橡胶支座的病害产生机理,提出了具体的处治措施,具体结论如下:
(1)汽车超载、超速及支座脱空均会导致支座侧向位移,但相较于汽车超载、超速条件下,支座脱空导致的侧向位移较大,因此桥梁运营过程中应加强支座性能检测,确保其始终处于优良状态。
(2)针对桥梁支座脱空病害,利用液压式千斤顶抬升桥梁上部结构,将各支座的垫石顶面调节至指定标高,并采用阻尼减震支座替换板式橡胶支座,增设限位装置,确保支座受力均衡,可避免出现支座偏载现象,防止支座侧移脱空。
(3)支座剪切破坏与外部荷载、支座材质、运行环境等因素密切相关,维修治理时应全面考虑。
参考文献:
[1]田岳松,吴辉琴,胡强,等.板式橡胶支座的智能化研究[J].广西科技大学学报, 2021(4):65-70.
[2]李悦,李治,李冲.支座摩擦滑移和挡块力学性能退化影响下桥梁易损性研究[J].土木工程学报, 2020(S2):280-287.
[3]徐略勤,傅沛瑶,李建中,等.板式橡胶支座梁桥的典型横向震害及其影响因素分析[J].振动与冲击, 2020(2):209-217.
[4]董振华,贺存哲,程寿山,等.考虑摩擦滑移的普通板式橡胶支座剪切性能研究[J].中国公路学报, 2020(2):83-93.
[5]李飞.桥梁板式橡胶支座的设计与计算——以大柏店路桥为例[J].安徽建筑, 2023(8):131-133.
[6]魏存杰,田建德,赵桂英.公路桥梁板式橡胶支座应用中需要注意的几个问题[A].中国公路学会桥梁和结构工程分会2006年全国桥梁学术会议论文集[C].南京:中国公路学会桥梁和结构工程分会. 2023:629-633.
[7]巫舒宁.板式橡胶支座抗压弹性模量试验检测[J].四川建材, 2023(9):184-186.
[8]钟学文.循环荷载下桥梁板式橡胶支座剪切滑移特征及处理方法研究[J].西部交通科技, 2021(10):106-108.
[9]胡春生.桥梁处理圆形板式橡胶支座更换技术应用[J].运输经理世界, 2021(9):97-98.
[10]李红升.板式橡胶支座抗剪弹性模量测量不确定度的评定与应用[J].北方交通, 2022(8):27-29+33.
文章来源:廖承松.某小半径斜弯桥项目的板式橡胶支座病害机理及治理分析[J].交通科技与管理,2024,5(13):151-153.
分享:
大跨度上承式钢筋混凝土拱桥以其跨越能力大、受压性能好、工程造价低、后期养护少等优点,被广泛应用于我国西部山区桥梁建设中,尤其在广西、贵州等山区跨越峡谷的桥梁建设中应用最为广泛,一般采用挂篮悬浇斜拉扣挂施工。上承式钢筋混凝土拱桥以受压为主,结构易受压屈曲,导致全桥整体失稳。
2024-11-01斜拉桥在造型、跨距、刚度、通航等方面具有比较优异的表现,故广泛应用于我国桥梁工程的建设之中。由于受地形、地物限制,斜拉桥主跨需要更大跨径去跨越山川、河流,而为了节约造价一般将主塔设置在河流岸边或浅滩上。这使主塔两侧主梁跨径不对等,故也导致主跨主梁需采用比较轻盈材料和截面,边跨主梁需采用厚重的材料和截面。
2024-10-14随着我国经济的高速发展,高铁建设里程越来越长。钻孔灌注桩具有施工适应性强、成桩质量好、承载能力强等优点,在高铁桥梁施工中得到了广泛应用。但钻孔灌注桩在施工过程中仍存在一些质量问题,如导管阻塞、钻孔偏斜、钢筋笼上浮等,严重影响了钻孔灌注桩的质量。
2024-10-10随着社会的进步和经济的发展,交通基础设施建设在各国都得到了广泛的关注和重视。中小桥梁作为交通网络中的重要组成部分,其安全性和稳定性直接关系到整个交通网络的正常运行。因此,如何确保中小桥梁的安全性和稳定性成为了当前亟待解决的问题。结构健康监测技术是一种通过实时监测桥梁结构的关键参数。
2024-07-22其主桥采用(105+180+105) m变截面预应力混凝土连续刚构箱梁,主梁采用单箱单室结构,悬臂3.25 m,顶板厚0.3 m,底板厚度由1.1 m(局部造型加高到28.15 m)变到0.32 m,腹板厚度由1 m变到0.5 m,跨中梁高3.6 m;墩顶梁高11 m,按二次抛物线变化。引桥T梁采用预应力混凝土预制T梁,梁高为2.5 m,材料采用C50混凝土。
2024-07-22斜拉桥跨越能力大,主塔往往较高,外形造型独特,跨江、跨河施工现场环境复杂,特别是风的影响大。采用液压自爬模悬臂施工难度高,主塔向外和向内倾斜,悬臂施工过程中会在塔根产生弯矩,使主塔产生横向位移和内应力,从而影响结构使用年限。为限制拉应力和变形位移不超出设计和规范要求,根据主塔施工节段划分。
2024-07-05高墩施工技术是指在公路桥梁建设中,针对高度超过一定标准(通常根据具体工程要求和地区规范而定)的桥墩所采取的一系列施工方法和措施。这种技术涉及桥墩基础处理、模板设计与搭设、钢筋骨架的安装、混凝土浇筑与养护等多个施工环节,以确保高墩的稳固性和承载能力。
2024-07-05公路桥梁工程建设中,对于高大桥墩通常采用液压爬模技术进行施工,但大多数爬模系统为架轨分离式系统,操作程序复杂、爬升效率较低。而改进型液压爬模作为一种新型爬模系统,能够实现架轨一体化爬升;主要是在模板体系拆除后,在爬锥上方设置高强螺栓及支座系统,通过调节转向装置实现轨道提升;
2024-07-05公路桥梁工程建设时,受沿线地形及现有构造设施影响,通过采用小半径斜弯桥进行过渡,以有效满足实际工程需求。此类桥梁结构在服役过程中,受汽车离心力作用,桥梁上部结构会产生横向位移,导致支座系统出现偏压现象,从而引发支座变形、脱空、失效等问题,威胁桥梁使用安全。
2024-07-05近年来,我国逐渐被世界称为“基建狂魔”,每年都有大批的路桥新建项目。在众多的桥型中,箱形闭口截面形式占比不少于90%,其源于箱形截面具有良好的结构性能,抗扭刚度远远大于同样尺寸的开口截面,且具有很强的施工适用性,可满足复杂的线形条件需要。其中,大宽跨比的单箱多室桥梁结构越来越多地用于城市桥梁及高速公路桥梁匝道变宽处。
2024-07-05人气:5048
人气:4593
人气:4256
人气:3552
人气:3501
我要评论
期刊名称:吉林交通科技
期刊人气:896
主管单位:吉林省交通运输厅,吉林省交通运输厅
主办单位:吉林省交通科学研究所
出版地方:吉林
专业分类:交通
创刊时间:1978年
发行周期:季刊
期刊开本:大16开
见刊时间:4-6个月
影响因子:0.447
影响因子:0.086
影响因子:0.000
影响因子:0.000
影响因子:0.000
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!