城市高架桥梁体移位病害机理分析及复位加固研究

陈恒大，党光普，程许龙

(陕西省土地工程建设集团，陕西 西安 710075)

城市高架桥梁体移位病害机理分析及复位加固研究

陈恒大，党光普，程许龙

(陕西省土地工程建设集团，陕西 西安 710075)

为解决城市高架桥梁体移位的病害，系统研究曲线桥梁体移位的病害特点，针对某立交桥上部结构出现的梁体偏位现象，从地震作用的累积、温度效应的累积、支座构造、超载作用四个方面分析了梁体偏位病害机理，针对该桥梁的病害成因，提出梁体复位加固方案，重点阐明了顶升复位过程。通过复位后对桥梁盖梁和墩柱的力学性能计算，验证了桥梁上部结构复位加固施工的有效性，为今后城市高架桥的复位加固施工提供了借鉴，对于确定城市高架桥梁体偏位原因和增强城市高架桥养护方案的科学性具有现实意义。

桥梁工程；城市高架桥；梁体移位；病害机理；梁体复位

随着“一带一路”国家发展战略的实施，西安在全国的战略地位日益突显，西安市内城市高架桥承担的公路交通运输作用越来越重要，因此，对城市高架桥的主要病害与病害处理要求更加严格和全面。1981年，由西方24个国家参加的“国际经济合作与开发组织”会议召开，紧接着各类桥梁会议纷纷召开，对城市桥梁的安全风险分析和桥梁耐久性评价进行了深入的讨论和研究，并对旧桥的维修加固等方面进行了讨论。文献[1]对城市高架桥的常见病害进行了特征分析，提出了一定的预防措施；文献[2]对独柱式城市高架桥这一桥型进行了深入研究，主要研究了独柱式城市高架桥的抗震设计方法；文献[3]提出了城市高架桥的多种结构方案，并对其关键因素进行分析，提出了未来城市高架桥的发展构想；文献[4]针对大城市修地铁的现状，分析了地铁邻近既有桥梁施工影响及主动防护思路；文献[5]依据萧山城区高架桥，对桥梁承载能力进行了评价，并分析了病害相关因素；文献[6]以杭州市主城区为例研究了城市高架桥下的空间利用研究；文献[7]基于全寿命设计方法进行了梁式桥概念设计研究，对城市高架桥的发展理念提供了新的思路；文献[8]研究了车辆拥堵对城市桥梁受力性能的影响。

综上所述，有关城市高架桥的研究大多是针对某座桥梁的病害进行分析，很少有将城市高架桥可能的病害进行归类整理，并提出相应解决思路。本文依托西安市高架快速干道某立交桥，对桥梁病害状况进行了对应特征分析，系统研究曲线桥梁体移位这一类病害，提出有针对性的梁体移位处治方案，并通过有限元软件模拟对加固方案进行力学验证，对于确定城市高架桥梁体偏位原因和增强城市高架桥养护方案的科学性具有现实意义。

1 工程背景

某城市立交工程B匝道桥起止桩号为BK0+062.16到BK0+412.00，全长349.84 m。跨径划分以道路中心线为准，其跨径布置为：5×20 m+30 m+50 m+40 m+26 m+5×20 m。上部箱梁为连续曲线梁桥，箱梁顶宽8 m，悬臂长1.5 m，箱底宽5 m，竖直腹板，下部结构为独柱式桥墩和薄墙式结合墩，结合墩墩身截面为矩形，如图1所示。桥墩基础采用钻孔灌注桩。设计荷载为：城市A级，按挂车-120验算，设计地震烈度为8度。

2 桥梁病害

某互通式立交B匝道第一联(5×20 m 现浇连续箱梁)上部主梁发生偏移，0#桥墩处主梁向曲线外侧偏移15 cm，5#桥墩处主梁偏移量较小，0#桥墩处伸缩缝橡胶条开裂，见图2～图5。

图2 主梁向曲线外侧偏移 图3 伸缩缝橡胶条开裂

图4 伸缩缝处梁体上翘 图5 伸缩缝处梁体移位

B匝道东侧与主线桥连接处水平变位严重，经复测达130 mm，北侧伸缩缝宽度70 mm，匝道桥面低于主线桥桥面9 mm；南侧伸缩缝宽度60 mm，匝道桥面高于主线桥桥面8 mm，伸缩缝平均宽度65 mm。西侧与钢箱梁连接处水平变位30 mm，北侧伸缩缝宽度45 mm，南侧伸缩缝宽度42 mm，桥面与钢箱梁段桥面标高一致，伸缩缝平均宽度43.5 mm，主梁向钢箱梁段纵向位移约10 mm，伸缩缝宽度还能适应桥梁纵向变形，无需纵向复位。

该城市立交B匝道梁体移位情况为：0#台处梁体向南偏移10.8 cm，5#墩处梁体向南偏移5.4 cm；梁体产生翻转，0#台处北侧梁体上翘5.8 cm；南侧梁体下倾3.5 cm，5#墩处北侧梁体上翘3.7 cm，南侧梁体下倾0.3 cm。

3 病害机理分析

经过检测及现场测量，该桥主要病害为上部发生纵、横向移位，梁体局部扭转，支座及伸缩缝均已损坏，梁体及部分墩柱存在裂缝现象。其中，梁体发生横向偏位尤为严重，病害发生的主要原因有：

(1)地震作用的累积

2008年5月12日，四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8.0级地震。2010年4月14日，青海省玉树藏族自治州玉树县发生两次地震，最高震级7.1级。2013年4月20日，四川省雅安市芦山县发生7.0级地震。2013年7月22日，甘肃省定西市岷县、漳县交界处发生6.6级地震。据西安市城市快速干道管理中心记录，5·12汶川地震后，该互通式立交发生横向移位达50 mm，使桥梁受力平衡被打破，后几次地震西安均震感明显，地震力偶然作用对桥梁造成不同程度的破坏。

(2)温度效应的累积

B匝道为五跨一联连续梁，超静定结构，在温度梯度作用下，桥梁结构会产生次内力，此力可以产生1 cm左右水平位移，整体升降温也会加剧桥梁变位的速率。

(3)支座构造

初始变位引起支座剪切破坏、压缩变形，盆式支座构造的破坏是不可逆的，支座变形加剧梁体移位。同时，伴随移位越来越大，支座破坏越来越严重甚至脱空，二者恶性循环。

(4)超载作用

自桥梁建成至2012年元月，该互通式立交实行收费通行，交通量较小，基本没有重车通过。2012年元月以后，该互通式立交免费通行，交通量明显增大，加之西安地铁建设，夜间渣土车等超载车辆通行量巨大，加剧了梁体移动。调查发现该桥上行(南侧)通行车辆多为重型车辆，由于地震引起梁体横向移位，随着时间的推移在车辆荷载反复作用下，偏移量越来越大，在偏移到一定程度时发生突变，梁体重心向南偏转，导致梁体发生翻转。

4 病害处理方案

根据结构存在的病害及实际受力状况，需要对该城市立交桥上部结构进行顶升复位，恢复上部结构位置；对该联所有支座进行更换，提高支座支撑安全性；在2#、3#墩柱顶增设盖梁、挡块，在1#、4#墩设置限位块，限制上部结构位置；对箱梁底板、腹板裂缝进行修复，更换伸缩缝橡胶条，修补破损混凝土，提高结构耐久性。其中，桥梁上部结构顶升复位加固方案如图6所示。

图6 梁体顶升复位图

5 复位加固验算

根据最不利荷载工况，建立盖梁MIDAS模型，对墩柱及盖梁的受力进行分析。

用节点荷载模拟盖梁受力，按照加固方案进行预应力施加。本实验采用空间有限元程序midas civil 进行验算，如图7所示。

图7 盖梁计算模型

经过计算，得到盖梁在偏载最不利情况下的应力图如图8、图9所示。

图8盖梁及墩柱轴力图图9盖梁及墩柱弯矩图

经过计算，在极限偏载情况下，桥墩压应力承载能力为6 137.5 kN，由图8和图9可以看到，偏载情况下，压应力最大值为5 966.9 kN<6 137.5 kN。因此，采取此类加固措施时，盖梁以及墩柱的验算均没有超限，满足规范要求。

6 结论

本文针对某城市立交B匝道桥上部结构出现的梁体偏位病害，从地震作用的累积、温度效应的累积、支座构造、超载作用四个方面分析了梁体偏位病害机理，针对该桥梁的病害成因提出梁体复位加固方案，重点阐明了顶升复位过程。通过复位后对桥梁盖梁和墩柱的力学性能计算，验证了桥梁上部结构复位加固施工的有效性，为今后城市高架桥的复位加固施工提供了借鉴。

[1] 方大南. 城市高架桥常见病害特征与机理分析[J].科技视界,2017(8):199+195.

[2] 罗晓峰. 独柱式城市高架桥抗震分析与设计方法研究[D].杭州：浙江大学,2015.

[3] 陈建华. 城市高架桥结构方案关键因素分析及发展构想[J]. 桥梁建设,2013,43(4):99-104.

[4] 周正宇. 地铁邻近既有桥梁施工影响分析及主动防护研究[D].北京：北京交通大学,2012.

[5] 陈立柱. 萧山城区桥梁承载能力评价与病害相关因素分析[D].杭州：浙江工业大学,2011.

[6] 戴显荣,饶传坤,肖卫星. 城市高架桥下空间利用研究——以杭州市主城区为例[J]. 浙江大学学报(理学版),2009,36(6):723-730.

[7] 吴培峰. 基于全寿命设计方法的梁式桥概念设计研究[D].上海：同济大学,2007.

[8] 冯德飞. 车辆拥堵对城市桥梁受力性能影响的研究[D].北京：北京交通大学,2006.

Studyonmechanismofbeamdisplacementdiseaseandreductionandreinforcementofurbanviaduct

CHEN Heng-da, DANG Guang-pu, CHENG Xu-long

(ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroup,Xi'an710075)

In order to solve the disease of displacement of urban elevated bridge, this paper systematically studies the characteristics of the displacement of curved bridge, aiming at the beam deflection in the superstructure of an overpass, analyzes the mechanism of the deflection of the beam from the accumulation of earthquake, the accumulation of temperature effect, the structure of support and overload, and the cause of the disease of the bridge. In this paper, the method of beam reduction and reinforcement is put forward. Through the calculation of the mechanical properties of the bridge beam and pier columns, the effectiveness of the restoration and strengthening construction of the superstructure of the bridge is validated, which provides a reference for the restoration and reinforcement of the urban viaduct in the future. It is of practical significance to determine the reasons for the deviation of the urban elevated bridge and to strengthen the maintenance plan of the viaduct.

bridgework; urban viaduct; beam displacement; disease mechanism; beam reduction

2017-06-12

陕西省交通运输厅科技资助项目(13-25k)；中国电力建设股份有限公司科技专项资金项目(2014-38)

陈恒大(1989-)，男，山东滕州人，博士。

1674-7046(2017)05-0012-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.05.003

U441.5

A