曲线连续箱梁桥偏移扭转成因分析 斜交曲线箱梁
时间：2019-04-10 03:27:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】本文以天津市顺驰桥为工程背景，对曲线连续箱梁发生偏移扭转的原因进行分析，旨在对曲线梁工程建设和管养起到有益的帮助。 【关键词】曲线连续箱梁桥；偏移扭转
【 abstract 】 this paper to tianjin ShunChi bridge for engineering background, the curve of the continuous box-girder happen migration reverse analysis of the causes, aims to curve beam engineering construction and GuanYang play a useful help.
【 keywords 】 curve continuous box girder bridge; Migration reverse
中图分类号：K928.78 文献标识码： A 文章编号：
引言
近年来曲线连续箱梁桥作为城市立交和高等级公路匝道被大量使用，其相对于直线桥而言，受力状况较为复杂，加之交通量的不断加大和各种不利因素的影响，国内不少曲线连续箱梁桥在通车后不久就出现梁体沿径向外移、梁体扭转等现象，严重者甚至会有发生倾覆的危险。因此，对于此类问题应尽早发现并及时采取补救措施，确保桥梁安全运行。
1 工程概要
顺驰桥位于天津市中环线红星路与放射线卫国道、城市主干道华昌大街的交叉口。该桥于98年完成主体结构施工，2007年9月经检测发现W线9’#～18’#墩主梁有明显的横向偏移和扭转现象。W14，#墩墩身明显向环外倾斜，该墩墩身在环内侧方向出现横向裂缝。
W’线9’#～18’#墩采用（25m+30m+30m+25m+32m）+（24.405m+26.1m+28m+25m）单箱双室预应力钢筋混凝土箱梁。该段匝道位于半径为200m的圆曲线上，荷载标准为汽超—20，挂—120，抗震烈度为7度。平、立、断面图如下图所示：
图1.1顺驰桥病害位置平面图（单位：m）
图1.2顺驰桥病害位置立面图（单位：cm）
图1.3 箱梁标准跨中断面图（单位：cm）
2. 病因分析
该段匝道为曲线连续箱梁桥，其出现扭转偏移是多种因素共同作用的结果，可以从内因和外因两个方面进行分析。
2.1 内因
2.1.1恒载作用
由于曲率的存在，曲线梁桥的外侧弧长大于内侧，梁桥的重心偏向曲线外侧，与其横向断面的中心不一致，而且为了构造路线超高，常常将梁外侧腹板做得比内侧腹板高，这样在荷载的作用下将产生较大的扭矩，同时外侧防撞护栏也长于内侧，这样就使梁体的重心进一步向外弧侧偏移，从而在梁体内产生扭矩。
2.1.2预应力作用
预应力产生的扭矩也是曲线梁桥扭转偏移的重要因素。预应力曲线箱梁桥的预应力钢筋是空间结构，平面弯曲的同时还有竖向弯曲。预应力在水平面内产生水平径向力。径向力作用位置与剪切中心不重合，则径向力可以分解为一个沿剪切中心的分力和一个扭矩，扭矩使梁体产生竖向平面内扭转的趋势，与收缩徐变共同作用，日久天长，容易导致双支座中一个支座脱空。预应力产生的径向力同时使梁体产生水平面的弯矩，进而使梁体产生变直的趋势。曲线梁桥中墩为固定支座，则梁端就会产生水平向后偏移的趋势。
2.1.3混凝土收缩徐变作用
混凝土收缩、徐变都会引起结构在平面内的变形，造成曲线连续箱梁的扭转偏移。混凝土收缩、徐变会导致曲线连续箱梁缩短，从而造成曲率半径的变化，或者导致曲线连续箱梁所在弧度的圆心角发生变化，造成梁体的扭转偏移。而且，弯桥内弧和外弧的变形量不一致，外弧的变形量要比内弧的变形量大。随着时间的推移，曲线连续箱梁的偏移量会逐渐增大。
2.1.4单支座的不稳定性
曲线连续箱梁桥中，若支座布置为两边墩采用双支座，中墩采用固定的单支座，则梁体在扭矩的作用下，边墩要承受较大的扭矩，造成曲线内侧支座脱空。而从受力的角度上分析，横桥向设置两个支点，更能保证梁体的稳定。
顺驰桥发生偏移的箱梁，中墩为独柱墩，边墩为独柱墩接帽梁，中墩设置单支座，边墩设置双支座。所以，为了使梁体受力更为合理，可将中间支座预设偏心，降低梁端内扭矩；若曲线连续箱梁桥的中墩为单柱，且未设置偏心，在梁中会产生较大的扭矩，可能会造成梁体的扭转和偏移。
2.1.5抗震销及盆式支座侧向约束功能的局限性
盆式侧向限位支座和抗震销可以限制梁体的横向位移。
顺驰桥边墩采用的是45×80×10.9cmF4型橡胶支座，该段桥梁其余墩支座均为GPZ9000sx×18盆式橡胶支座，并设置抗震销。但是双向滑动的盆式支座和抗震销不足以抵抗外力的作用，因此设计抗震销及限位支座时应合理考虑各种因素的作用。
2.2 外因
2.2.1制动力对梁体影响
车辆在制动过程中产生制动力，制动力在水平面内产生沿曲线梁切线方向的爬行力，当爬行力超过支座与梁体间的摩擦力时，如果抗震销、抗震挡强度不够，梁体就会向制动力的方向产生爬移；同时，梁体会以固定支座为中心发生转动。日积月累，梁体就会产生纵向爬移和横向位移。
2.2.2离心力对梁体影响
车辆在弯道内行驶，会产生离心力，离心力由桥面与轮胎间的摩擦力提供。摩擦力在水平面内，产生使梁体绕固定支座转动的力矩；在竖直面内，使梁体产生绕支座为轴转动的力矩。
2.2.3温度力对梁体影响
温度力分为日照温差和季节温差产生的温度力。
①日照温差
日照使梁体上下表面产生温差梯度，在温度梯度产生的温度力作用下，横桥向梁体会产生竖直平面内的断面变形；桥梁在长度方向，梁体顶板受太阳照射，上表面温度比下表面温度高，因此伸长量上表面比下表面大，梁长方向就会产生竖向和水平的变形。曲线梁桥在竖向弯矩的作用下，在梁端就会产生翘曲。当梁体曲线半径较大时，在日照温差作用下，曲线箱梁表现出梁长向变形；当曲线梁曲率半径较小时，则曲线梁体表现出横向的变形特征。日照温差，使梁体横断面产生翘曲。
②季节温差
季节温差使梁体以固定支座为中心，产生顺桥向整体伸缩变形。季节温差所引起的变形位移属于弧段膨胀或缩短性质的位移。弧段的半径变化，而圆心角却不变。梁端在季节温差的作用下，滑动支座会发生偏移。固定支座失效后，产生的位移，不能完全恢复，即温度影响膨胀和收缩量之差不为零。残余变形经过日积月累，梁端就会产生永久性横向位移。
2.2.4超重车对梁体的影响
汽车活载的作用也是造成曲线梁桥扭转偏移的一个因素，汽车在曲线梁桥上行驶，若偏离桥梁中线，必然会给桥梁一个偏心的压力，引起梁体的受力不均而产生扭矩；同时由于离心力的作用，汽车活载也会在梁内产生一个扭矩和横向爬行力；同样，汽车的制动力也会产生纵向爬行力，在各种因素的共同作用下，梁体会出现横纵向爬移和倾覆的趋向。
特别是由于近年来交通量增长较快，重型载重车及集装箱车很多，超载情况严重，造成梁体受到的偏心压力过大，离心力产生的扭矩过大，超重车的制动力过大。而且，超重车一般在夜间行驶，曲线梁桥处于空载状态，其偏载产生的影响会大于白天；另外夜间车速快，产生的离心力也会远大于白天。梁体发生位移后，由于支座摩阻力的作用，位移并不能完全恢复。这样，在超重车周而复始的作用下，曲线梁桥的位移不断累积，最终造成梁体的扭转偏移。
3. 结语
本文以天津市顺驰桥为工程背景，着重从理论上分析了曲线梁桥扭转偏移的形成原因。曲线梁桥由于曲率的存在使得其受力情况较直线梁桥复杂得多，因此在进行曲线梁桥设计和计算时应引起足够的重视。
参考文献
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
