曲线箱梁桥震后病害分析及加固对策

梁 海 涛

(陕西省交通规划设计研究院，陕西 西安 710065)

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曲线箱梁桥震后病害分析及加固对策

梁 海 涛

(陕西省交通规划设计研究院，陕西 西安 710065)

以某预应力混凝土连续弯箱梁桥为研究对象，探讨了该桥在地震后发生主梁、桥墩偏位、支座损坏等病害的原因，并提出了具体的维修加固对策，以期为今后类似桥梁的施工提供理论依据。

曲线梁，抗震，病害，成因，维修加固

0 引言

随着曲线箱梁桥应用和研究的深入，我国在曲线箱梁桥理论方面取得了很多成果，但是国内部分曲线桥的设计和施工还存在不少问题，主要是扭转、平面内变形等方面的分析不够，支撑等设计细节问题尚考虑不周。由于设计中存在的缺陷，导致在桥梁建设以及使用中发生多次弯桥主梁横向侧移、扭曲变形、支座脱空、固结墩开裂等事故。本文即是针对某预应力混凝土曲线箱梁桥地震后主梁发生水平位移的病害开展研究，探讨其病害原因和维修加固方法。

1 工程实例及病害

2013年7月22日07时45分，甘肃省定西市岷县、漳县交界发生6.6级地震。西安市及其周边地区震感明显。震后检查发现某曲线箱梁桥主梁在各墩处发生横向不同程度偏位，个别滑动支座横向位移过大，单向支座和固定支座限位装置损坏。中间墩柱顶部发生横向偏位，引起墩柱下缘开裂，结合墩处横向错位严重，最大横向位移23 cm，导致个别支座脱空，支座横向限位装置破坏，盖梁挡块断裂和主梁较大的横向位移。

2 结构分析

根据检测结果，初步判断病害成因与结构型式、温度荷载影响、施工方法、预应力影响、地震因素等都有一定关系。为了定量判定各种内外因素的影响及程度，需进行结构内力分析，以量化评价各不利因素的影响程度和范围。

2.1 计算模型的建立

病害桥梁平曲线半径为217.80 m，荷载作用下的弯扭耦合作用明显。主梁计算单元采用三维空间单元进行结构分析。考虑到支撑的空间效应，在桥墩支撑处利用主梁伸出的刚臂单元作为联系单元，保证支撑位置的准确性。

对于以支座约束反力计算为计算目的的第一类计算模型，建立计算单元时仅考虑上部结构，不考虑下部结构。根据桥梁竣工资料及实际支撑条件确定计算模型的边界条件。

对于以抗震计算为主的第二类计算模型，为了准确分析地震荷载作用下的墩、梁、支座的联合作用，其计算模型考虑了主梁、支座和桥墩的联合作用和桩土的共同作用。

根据以上建模原则，采用结构分析程序Midas Civil建立第一类计算模型如图1所示，第二类计算模型如图2所示。为了反映边界条件的实际状况，给出支座布置示意图如图3所示。

2.2 计算结果分析

通过对结构计算结果进行分析，可以得到如下结论：

1)依托工程对应的3跨曲线梁在恒载作用下表现出典型的弯扭耦合效应，主梁以固定支座为中心，各个滑动支座处出现一定的纵横向位移，支座限位装置承受一定的水平支反力。2)温度升高作用使得第5联边墩(11号、14号墩)限位支座承受向外的横向力。且随着温度升高，横向力不断增大。按照普通单向活动盆式橡胶支座非滑移方向的设计水平承载力不小于支座竖向承载力的10%的要求，边墩限位装置承载力仅23 t，而温度升高20 ℃时横向力已经达到29.8 t，说明边墩限位装置承载力较弱，对于曲线梁桥，极易在温度及其他荷载作用下，引起横向限位装置损坏。3)预应力效应在边墩支座限位装置产生的反力与主梁滑移趋势相反，也与固定支座所处的桥墩偏移方向相反，说明预应力对抑制结构向外的横向偏位具有有利的影响；收缩徐变效应对支座反力和变位影响不大。4)活载作用下11号及14号墩处支座横向力及位移趋势与病害桥梁一致，但数值较小，固定支座处反力与该支座所处桥墩偏移方向相反。5)随着地震烈度的增大，11号、14号桥墩限位支座横向力逐渐增大，在6度(0.05g)时为15 t，当达到8度(0.20g)时可以达到61 t；横向地震力对其他桥墩处的限位支座影响较小，即使在8度(0.20g)时，横向力也不超过8 t。6)顺桥向地震作用下结构响应远小于横桥向地震激励。即使在8度(0.20g)工况下，最大横向力也不超过10 t。

3 加固对策

根据桥梁病害特征和成因分析，提出以下维修建议以供参考。

1)桥梁封闭，墩柱纠偏。由于部分支座脱空，限位装置破坏，应立即封闭交通，准备实施整体纠偏和加固。建议首先进行墩柱纠偏，再实施主梁纠偏。

2)主梁纠偏。对箱梁分别进行横向纠偏，恢复原平面线形。横向纠偏可采用顶推法实施，即在各墩柱顶端位置设置施力支架，在主梁梁底安装受力支架，采用千斤顶同步施力，在克服支座摩阻力后，迫使主梁横向移位。此方法在国内某立交匝道桥纠偏中成功应用，具有施工效率高，费用低的特点。

3)更换支座并增设纵横向限位装置。对失效支座进行更换，恢复支座机能。根据限位支座更换的难易程度，建议增设额外的纵横向限位构造。

4)设置系梁。为提高桥墩横向刚度，建议各排独柱桥墩墩顶设置一道系梁，使得左右墩柱协同受力，能够大大提高横向刚度。在横向限位装置可靠的前提下，桥梁抵抗横向荷载的能力将得到显著提高。

5)墩柱裂缝封闭。考虑到墩柱的受力特点，在墩柱纠偏完成后，对未完全闭合的裂缝进行封闭即可，以满足结构耐久性要求。

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The diseases analysis and reinforcement strategies of curved box girder bridge after earthquake

LIANG Hai-tao

(ShaanxiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Xi’an710065,China)

Taking a pre-stressed concrete continuous curved box girder bridge as the research object, this paper discussed the causes of this bridge after earthquake of main beam, pier deflection, bearing damages and other diseases, and put forward specific repair reinforcement measures, in order to provide theoretical basis for future similar bridges construction.

curve beam, seismic, disease, formation cause, repair and reinforcement

1009-6825(2014)35-0180-02

2014-09-29

梁海涛(1983- )，男，硕士，工程师

U449.7

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