【doc】斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因分析

【doc】斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因 斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因分析 第24卷第3期 2007年9月 广东工业大学 JournalofGuangdongUniversityofTechnology Vo1.24No.3 September2007 斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因分析 谭德盼,姜海波,何柏青,吕艳 (1.广东工业大学建设学院,广东广州510006;2.广州市公路勘察院,广东广州510510) 摘要:介绍了斜腿刚架拱桥微弯板的常见病害,并通过微弯板进行局部有限元应力分析,指出微弯板厚度过薄及拱 片侧向刚度较弱是微弯板病害的主要原因.根据分析结果提出了斜腿刚架拱桥微弯板病害防治措施与对策,并用 有限元分析证明措施的合理性. 关键词:微弯板;病害;应力分析 中图分类号:U448.232文献标识码:A文章编号:1007.7162(2007)03-0088-04 1研究背景 斜腿刚架拱桥以其构件少,自重轻,简便, 经济指标较先进,造型美观等优点在20世纪70, 80年代在我国得到了广泛应用;微弯板作为斜腿刚 架拱桥主要桥面结构亦得到大量使用.微弯板桥面 结构直接受车轮荷载的影响,随着我国经济的快速 发展,公路交通量不断增加,公路桥梁负荷日益加 重,导致其结构产生不同程度病害,出现缺陷,直接 混凝土填平层 影响到车辆行车安全.j. 微弯板包括预制拱板式微弯板和上平下拱的少 筋微弯板.预制拱板式微弯板由预制拱板加现浇混 凝土填平层组成(如图1所示),其跨度一般在2m 左右;板的跨中厚度一般为l2,16CITI,其中预制安 装部分6,10CITI,现浇混凝土填平层4,7CITI.预制 拱板有宽,窄2种形式.窄的每块宽30,40CITI,宽的 每块拱板约为2m,并在两端增设肋板,这种预制拱 板式微弯板的跨径可达3m左右. 图1预制拱板式微弯板示意图 上平下拱的少筋微弯板(如图2所示),端部沿筋与拱片和桥面铺张层联系在一起, 具有施工方便, 横桥向通常设置横拉杆作用的横系梁以增强主体刚工期短等优点;现浇式少筋微 弯板通过在现场安装 度,其包括预制安装式少筋微弯板和现浇式少筋微支架或挂篮,现场浇注微弯板, 具有整体刚度大等优 弯板.预制安装式少筋微弯板在支点处通过预留钢点. 图2上平下拱少筋微弯板示意图 收稿日期:2006?11?07 基金项目:广东省自然科学基金资助项目(20010018) 作者简介:谭德盼(1981?),男,硕士研究生,主要研究方向为桥梁结构的健康监测 第3期谭德盼,等:斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因分析 2旧桥微弯板病害原因分析 2.1旧桥微弯板常见病害 20世纪70,80年代修建的斜腿刚架拱桥微弯 板作为直接承载构件,在当时交通量不太大,超重车 较少的情况下是满足承载要求的;进入90年代以 后,交通量剧增,超重车频繁出现,在桥面路况不好, 桥面引起较大的跳车,冲击,振动情况下,这种轻型 斜腿刚架拱桥的微弯板就出现了不同程度的病害. 微弯板作为混凝土结构除有其它普通混凝土结 构常见病害(蜂窝,麻面,孑L洞,老化,掉角,剥落,层 隙,表面腐蚀,露筋,裂缝等)外J,还有在车辆动力 效应和重载作用下的微弯板开裂,磨损,断板,穿孑L 乃至塌陷等体现其结构形式和受力特点的病害. 2.2病害原因分析 微弯板出现的病害原因既有施工不当引起的,也 有自然条件侵蚀和外界作用引起的,其主要原因还是 结构本身特点和桥梁各构件之间的工作协调性. 1)微弯板边界条件的改变是产生裂缝的主要 原因之一6J.斜腿刚架拱桥整体刚度较差,在恒载 的长期作用和活载交替反复的局部作用下,横系梁 和拱片出现了不同程度的裂缝,削弱了桥梁的整体 纵横向刚度,使得微弯板两端可作水平方向或竖向 移动,甚至发生小的转动,这样,边界条件就趋向于 89 简支或发生附加位移,减弱了微弯板结构的薄膜作 用,引起板中较大的应力而产生裂缝. 2)微弯板是斜腿刚架拱桥传力的第一步,车轮 荷载直接作用在微弯板上形成集中力,而微弯板内 通常配筋较少,局部超载潜力小,随着交通量和超载 车的增多,微弯板开裂,断板乃至塌陷时有发生. 3)微弯板混凝土本身的施工质量也是造成微 弯板病害的重要因素.施工质量较差的混凝土降低 了板的抗弯模量(即刚度)和强度._7_,同时也造成 板的内部缺陷较多,从而引起板内应力集中,再加上 车辆活载的反复冲击作用造成疲劳损伤的不断积累 和外界气候条件的交替作用促使砼老化,使用性能 降低,这些都会造成微弯板的开裂. 3微弯板局部应力分析 本文为了对微弯板的病害原因作进一步探讨, 建立了工程实例微弯板(如图3所示)模型进行最 不利轮压荷载作用下的局部应力分析;为论证微弯 板开裂与边界条件密切相关,假定在两种不同边界 条件下进行分析比较,其中边界一为两端固定铰支 座,边界二为一端固定铰支座,一端活动铰支座 (如图4所示);为更好地进行应力分析,将微弯板 增厚2cm建立对比模型,进行应力分析并与工程实 例模型进行比较. 图3工程实例微弯板立面图(单位:cm) 图4边界条件示意图 3.1模型的建立 微弯板应力分析采用大型空间有限元分析软件 MIDASCivil进行.结合工程实例,模拟桥面铺装层 与微弯板共同承受外力作用,顺桥向宽度为2.49 m,桥面铺装层厚度取9em;根据《公桥规》规定, 计算可得轮压面积为S=a×b=0.2×0.6=0.12 m,作用在微弯板跨中的轮压最不利均布荷载为 一 750.0kN/m.建立实体计算模型loj,如图5所示. 比较模型除厚度增厚2em外,其余与实例模型类 同,在此不赘述. 3.2局部应力结果对比分析 经过计算,可得到微弯板在轮压荷载作用下,各 边界条件的正应力(MPa),剪切应力r(MPa), 第1主应力.(MPa),第3主应力(MPa),变形 大小,具体数值如表1所示.其中,实例微弯板在各 第3期谭德盼,等:斜腿刚架拱桥微弯板的病害原因分析91 3)对病害不严重的微弯板可通过粘贴碳纤维 佰或环氧树脂裂缝封闭处理等加固措施来治理 病害. 4)注意加强日常养护维修措施.经常检查桥梁 病害并分析其原因,尽快对其进行处理. 4.2对于正在设计施工的斜腿刚架拱桥微弯板 1)在施工和安全容许的情况下,建议将微弯板 设计得尽可能的厚,加强负弯矩区的钢筋,增强桥梁 各构件之间的联系,让桥梁有足够的安全储备去适 应今后交通量的发展及超重车辆的影响. 2)对于预制安装的微弯板,应注意在吊装运输 施工过程中对微弯板的保护.因为微弯板在搬运,安 装过程中均处于无推力支承状态,微弯板底部容易 出现裂缝甚至断裂. 5结语 本文通过有限元分析,验证了斜腿刚架拱桥微 弯板病害的原因.加厚微弯板,增强斜腿刚架拱桥拱 片横向联系是解决微弯板病害的主要途径. 微弯板作为直接参与轮压荷载的构件,是斜腿刚 架拱桥的一个重要组成部分,其病害直接影响到路面 行车安全和桥梁整体刚度,当其出现病害时应及时地 查找病害原因并作出相应的防治或加固措施 参考文献: [1]刘洪瑞,周俊锋.超载作用下刚架拱桥的病害分析与防 治[J].广东工业大学,2003,2O(2):42-45. [2]李拥军.一座架拱桥的加固分析及施工[J].市政技 术,2004,22(4):202-204. [3]张娟秀,姚伟发.微弯板常见病害及原因分析[J].西北 水电,2004(1):37—38. [4]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1997. [5]陈宇新,王玉泉,徐天予,等.浅析钢筋混凝土刚架拱桥 病害分析及加固设计[J].东北公路,2003,26(3):9o. 93. [6]袁铜森.斜腿刚架桥的典型病害诊断分析与加固[J].中 南公路工程,2005,30(3):152—155. [7]李宏江,叶见署,虞建成伊家河刚架拱桥病害的结构分 析[J].世界桥梁,2002(2):19-22. [8]戴公连.桥梁结构空问分析设计与运用[M]北京: 人民交通出版社,2001. [9]中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝 土桥涵设计规范(JTGD62—2004)[S].北京:人民交通 出版社,2004. [1O]曹文.旧桥微弯板开裂原因分析[J].山东交通学院学 报,2005,13(3):31—33. ResearchintotheDeteriorationsofFrameArchBridge SlabswithaSlightlyCurvedBottom TANDe—pan,JIANGHai.bo,HEBo.qing,Lt3Yan (1,FacultyofConstruction,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,Chi na; 2,GuangzhouHighwaySurveyandDesignInstitute,Guangzhou510510,China) Abstract:Thecommondeteriorationsofslabswithaslightlycurvedbottomareintroduced. Byanalyzinglocalfinite elementstress.deteriorationsofslabsareconsideredtobecausedbythelackofslabthicknessa ndarch.riblateral stiffness.Themethodsforpreventingfurtherdeterioratingandthemaintainingstrategiesareproposed , whichareva. 1idifiedbythefiniteelementanalysis. Keywords:slabwithslightlycurvedbottom;deterioration;stressanalysis