李广慧1 , 余正武2, 王用中2
( 11 郑州航空工业管理学院 建筑工程管理系, 河南 郑州 450015; 21 河南省交通规划勘察设计院, 河南 郑州 450052)
摘要: 由于曲率的影响, 曲线梁桥易产生弯扭耦合作用, 因此曲线梁桥的内力、变形计算远比直线梁 桥复杂, 实际 工
程中也出现了不少问题。应用有限元方法, 以曲线连续箱梁桥为工程背景, 对温度荷载作用下曲线连续 梁桥的受力 与
1 工程实例分析
111 工程概况 某枢纽立交 B 匝道桥 由两联组成, 其中第二联
平曲线半径 R = 24317 m, 桥宽 815 m, 上部构造为 6 @ 30 m 预应力混凝土连续箱梁。桥台和联接墩为双 柱式, 其余墩为独柱式, 下部均为钻孔灌注桩基础。 为防止扭转变形, 设计中将第二联独柱墩中心线沿径 向向外侧偏 移 9 cm。第二联 共设 支座 9 个, 其 中, 9# 墩为单墩固定支座, 6# 墩和 12# 桥台并排设置两 个支座, 间距 215 m, 为双向活动支座, 其余中间墩
第 1期
李广慧, 等: 曲线连续梁桥的病害与温度效应
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直线梁桥复杂。因此, 国内常有曲线梁桥、并以立交 匝道桥居多, 在施工中或建成后发生错位变形现象比 较普遍。最常见的问题表现为为曲线梁沿径向的位移 过大, 在一定条件下, 有时会突然发生较大的整体位 移。随着发生问题曲线梁桥的日益增多[ 1~ 8] , 对其结 构特点、受力性能及破坏机理分析已引起国内桥梁界 同行的重视。
全桥桥面系共划分节点 30 160 个, 支座部分节 点共计 9 个, 全桥节点合计 30 169 个, 剖分后的有限 元网格局部如图 3 所示。
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公路交通科技
第 25 卷
图 3 剖分后的有限元网格局部示意图
Fig13 Illustration of finite element mesh of
均为独柱双向活动支座。各墩的桩位平面布置图见图 1 所示。
图 1 B 匝道桥第二联桩位 平面布置图 Fig11 Layout of piers for the 2nd section of rump bridge B
该匝道桥 已于 2003 年底完 成箱梁主 体的 施工, 2004 年 8 月, 在 B 匝道桥 第一联完工后进行桥面铺 装工程的施工准备工作时, 发现在 6# 联接墩伸缩缝 处两侧的箱梁梁体发生相对错位, 第 7 孔箱梁中线沿 径向向外偏移 415 cm。2005 年 6 月, 通过进一步的检 测发现, 变形又有所增大, 第 7 孔箱梁中线沿径向向 外偏移约 715 cm, 如图 2 所示。而且, 出现 6# 联接 墩和 12# 台的外侧支座压死、内侧支座脱空的现象, 向外侧的扭转变形约 1137b。为保证该桥在运营状态 下正常工作, 决定对该桥进行复位和结构体系改善。
据报道, 深圳市城管办 2001 年委托权威桥梁机 构对市区 47 座桥梁进行检测或监测, 检查结果被认 为是 / 充分暴露了深圳桥梁, 尤其是独墩单支座曲线 桥梁存在的结构安全问题不容忽视0。专家认为: 独 墩单支座支承曲线桥梁在受力上存在抗扭性能差的明 显缺陷, 同时在设计上难以对其径向限位措施做到尽 善尽美, 在重车高速通过的离心力以及温度应力等复 合因素作用下, 梁体产生极为不利的横向累计位移, 严重影响桥梁的安全运营。
0 前言 与直线梁桥相比, 由于曲率的影响, 导致曲线梁
桥产生弯扭耦合作用, 并且曲线梁桥的质量中心不在 轴线梁端的连线上, 即使在自重作用下, 桥梁结构也 会产生扭矩, 所以, 曲线梁桥的内力、变形计算远比
收稿日期: 2006O07O22 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50508040) 作者简介: 李广慧 ( 1970- ) , 男, 河南商丘人, 工学博士, 副教授, 研究方向为结构分析、可靠性和地震易损性 1 ( zzulgh@ 1631 com)
( 3) 国家及相关部门对此类曲线桥梁尚缺完善的 设计规范;
( 4) 关于此类桥梁承受持续环境荷载的研究, 尚 有较大的欠缺。
因此, 对曲线梁桥进行较深入的研究, 己经日趋 得到各方面的重视。本文应用有限元方法, 以连续曲 线箱梁桥为工程背景, 对温度荷载作用下曲线连续梁 桥的受力与变形特点进行分析。
the upper stucture
11212 计算参数说明: 混凝土容重 2 500 kgPm3, 钢材容重 7 800 kgPm3,
混凝土强度等级为 C50, 弹性模量 E = 3145 @ 1010 NP m2 , 泊松比取 012, 线膨胀系数: 110 @ 10- 5 , 钢绞线 弹性模量 E = 1195 @ 1011 NPm2 , 泊松比取 013, 线膨 胀系数 112 @ 10- 5, 预应力钢束的预应力损失按 30% 考虑。 113 荷载工况
混凝土箱形截面梁受阳光照射后, 其向阳表面的 温度变化幅度大, 其背阳表面温度变化幅度小, 且沿 高度方向各纤维层的温度是不同的, 从而产生所谓的 温度梯度。由于结构材料热胀冷缩的性质, 势必产生 温度变形, 当变形受到结构的内部纤维约束和超静定 约束时, 结构会产生相当大的温度应力。研究资料表 明, 温度应力可以达到、甚至超过汽车活载作用下的 应力。
较强的理论与实践意义。
关键词: 桥梁工程; 曲线连续梁桥; 有限元分析; 温度效应; 病害
中图分类号: U44517+ 1
文献标识码: A
Diseases of Curved Continuous Bridge and Temperature Effect
LI GuangOhui1, YU ZhengOwu2 , WANG YongOzhong2
( 11Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management, Zhengzhou Henan 450015, China; 2ons Planning Survey & Design Institute, Zhengzhou Henan 450052, China)
变形 特点进行了分析。计算结果表明, 温度作用对曲线连续梁桥的内力有显著的影响, 容易产生工程 病害; 原公路 桥
涵设 计规范中对混凝土箱梁竖向温度梯度的规定不够合理; 箱梁顶、底板的温差效应是造成曲线连续箱 梁扭转的主 要
因素, 而整体升温则是曲线连续箱梁桥直接发生径向偏移的主要原因。这一结论将对改进曲线连续梁 桥的设计, 具 有
Abstract: The coupling effect of moment and torque will occur in the curved continuous bridge due to the impact of curvature, therefore, the computation of internal forces and deformation is far more complicated than the straight line bridge, and many problems have emerged in curved continuous boxOgirder bridge in practical engineering1 Taking an actual curved cont inuous boxOgirder bridge as an example, the features of loading and deformation of this bridge were computed and analyzed under the temperature action by use of finite element method1Numerical computat ion results show that the temperature action has direct impact on the internal force of curved continuous bridge, and diseases are hence easily induced1Obviously, the relevant provision about the vertical temperature difference of concrete boxOgirder in the former standard was not reasonable1It was also found that the vert ical temperature difference between top flange and bottom flange is the main reason that results in the torsion of curved continuous box Ogirder bridge, and the integral temperature rise is the main cause that results in the radial displacement1The conclusions obtained have obvious significance both in theory and application to the design and analysis of such curved continuous boxOgirder bridges1 Key words: bridge engineering; curved continuous bridge; finite element analysis; temperature effect; disease
温度效应, 包括年平均温差 ( 整体升、降温) 和 日照骤变温差 ( 内外温差和竖向梯度) 。然而, 由于 技术水平的限制, 我国的公路桥梁设计规范中给出了 整体升、降温和顶板升温的工况, 而关于竖向温度梯 度则只给出了 T 形截面梁的简单日照温差分布图, 在 箱形截面上的适用性如何至今还没有准确的结论。理 论分析表明, 不同的竖向温度梯度模式对桥梁上部结 构的影响非常大。目前, 世界各国对于竖向温度梯度 的分布也没有达成共识, 如英国、美国、新西兰和欧 洲等国家都有各自的温度梯度模式, 相互之间的差别 也很大。