曲線獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁抗傾覆加固設(shè)計(jì)實(shí)踐
2015-09-14
引言
在城市高架、城市立交橋以及高速公路的匝道橋建設(shè)中，獨(dú)柱式橋墩連續(xù)梁橋由于具有結(jié)構(gòu)輕巧，橋下通透性好、視野開(kāi)闊，易適應(yīng)地形，下部工程量小等優(yōu)點(diǎn)而在橋梁工程中廣泛采用，在很多跨線橋的空間位置受到限制的情況下，往往成了唯一的橋型選擇。
但是，隨著獨(dú)柱連續(xù)箱梁橋應(yīng)用的推廣，許多過(guò)去未曾預(yù)料到的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，其中最引人注目的要屬橋梁整體傾覆的問(wèn)題。如 2012 年 8月24日，哈爾濱陽(yáng)明灘跨江大橋一段引橋發(fā)生整體塌落，造成不小的經(jīng)濟(jì)損失和極為不良的社會(huì)影響。箱梁橋傾覆過(guò)程是在活載的傾覆作用下，上部結(jié)構(gòu)整體失去平衡的破壞。結(jié)構(gòu)傾覆時(shí)，事前并無(wú)明顯表征，其危害性極大。因此，對(duì)已建連續(xù)箱梁配獨(dú)柱墩橋型的橫向整體抗傾覆能力進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)不滿足要求的箱梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)就成了當(dāng)前一個(gè)重要課題。
驗(yàn)算力學(xué)模型的建立及求解
橋梁在一個(gè)平面內(nèi)，由若干個(gè)支座支承，要發(fā)生整體傾覆，總是存在一個(gè)翻轉(zhuǎn)軸，在外力的變化下，這個(gè)翻轉(zhuǎn)軸的一個(gè)方向翻轉(zhuǎn)的力矩不斷增大，達(dá)到并超過(guò)了整個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)于這個(gè)翻轉(zhuǎn)軸所能承受的抵抗翻轉(zhuǎn)力矩，整體結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)并傾覆。
任意兩個(gè)最外側(cè)支座的連線就構(gòu)成一個(gè)翻轉(zhuǎn)軸,當(dāng)翻轉(zhuǎn)軸外側(cè)的活載力矩過(guò)大,超過(guò)箱梁自重所能承受的抵抗力矩后,箱梁整體將向偏載一側(cè)翻轉(zhuǎn)。
為了分析橋梁橫向抗傾覆能力,先做出以下假設(shè),以簡(jiǎn)化問(wèn)題：
(1)橋梁整體簡(jiǎn)化為一個(gè)平面結(jié)構(gòu)；
(2)橋梁縱橫向強(qiáng)度、剛度滿足要求,即不會(huì)發(fā)生除橫向傾覆失穩(wěn)以外的其他破壞形式；
(3)計(jì)算抗傾覆能力時(shí),不考慮橋梁變形對(duì)受力的影響，即假定橋梁整體上部結(jié)構(gòu)為剛體。
可以用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)作為評(píng)價(jià)連續(xù)梁橋抗傾覆能力的指標(biāo)，計(jì)算公式如下。
式中：—抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；
—使上部結(jié)構(gòu)傾覆的作用效應(yīng)；
—使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用效應(yīng)。
現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）中未對(duì)箱梁上部結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算進(jìn)行規(guī)定，本次驗(yàn)算參考《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（征求意見(jiàn)稿）第4.1.9條，該條規(guī)定如下：
采用整體式斷面的中小跨徑梁橋應(yīng)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算。上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)滿足下式要求：
式中：——抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；
——使上部結(jié)構(gòu)傾覆的汽車荷載（含沖擊作用）標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；
——使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。
原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)概況
本文加固項(xiàng)目為某互通立交匝道橋的一聯(lián)箱梁，跨徑組合為：2*20+19.3m。上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，箱梁平面位于A=179.444，R=230的緩和線和圓曲線上，橋面寬8.5m。
過(guò)渡墩采用D=100cm的雙柱墩，支座間距2.5m；樁基采用兩根D=120cm的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁中心間距320cm；樁、墩間采用厚150cm的承臺(tái)相連。
非過(guò)渡墩采用D=120cm獨(dú)柱墩，墩柱中心與箱梁中心重合；樁基采用兩根D=120cm的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁中心間距320cm；樁、墩間采用厚150cm的承臺(tái)相連。
結(jié)構(gòu)加固措施
根據(jù)以上驗(yàn)算結(jié)果及施工條件的要求，為保證結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定安全性，設(shè)計(jì)加固方案在原有獨(dú)柱墩的外側(cè)包裹混凝土形成圓端形板式墩。墩身橫橋向?qū)?.5m，順橋向?qū)?.5m，兩端設(shè)D=1.5m圓弧，以弱化墩身體量，改善加固后結(jié)構(gòu)的景觀效果。墩頂橫橋向設(shè)兩個(gè)支座，支座間距2.5m，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗傾覆性能。
經(jīng)上述墩身加固處理，中間非過(guò)渡墩均采用雙支座，箱梁傾覆軸線發(fā)生變化，箱梁加固。
1、植筋
混凝土表面處理：根據(jù)要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位，在墩柱、承臺(tái)新舊混凝土結(jié)合面，鑿除6～8mm厚的表層砂漿，使堅(jiān)實(shí)的混凝土石外露，并鑿成凹凸不平的粗糙面，再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表層疏松物。
鉆孔植筋：依照要求放出需鉆孔的位置，并用鋼筋測(cè)試儀探明原橋鋼筋位置，調(diào)整并最終確定鉆孔位置，然后鉆孔。鉆孔時(shí)應(yīng)避免碰及原有鋼筋?？讖胶涂咨顟?yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。灌入植筋的粘合劑應(yīng)采用符合要求的產(chǎn)品，施工工藝必須符合植筋技術(shù)要求。為減少鉆孔對(duì)截面的削弱，植筋鉆孔應(yīng)分兩批進(jìn)行，相鄰鋼筋應(yīng)間隔先后施工。待第一批植筋膠固化后方可進(jìn)行第二批鋼筋的鉆孔施工。
2、安裝梁底調(diào)平鋼板
根據(jù)調(diào)平鋼板四角高度，加工調(diào)平鋼板成楔形。鋼板加工前需對(duì)箱梁對(duì)應(yīng)位置進(jìn)測(cè)量，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)鋼板四角高程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證鋼板安裝后，其頂面與梁底面密貼，鋼板底面水平。
鑿除鋼板黏貼區(qū)混凝土表面的表層砂漿，使堅(jiān)實(shí)的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平，剔除表層疏松物。根據(jù)調(diào)平鋼板錨栓孔、支座鋼板錨栓孔位置進(jìn)行鉆孔，均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，采用錨栓固定調(diào)平鋼板。
3、澆注墩柱混凝土
立模澆注墩柱混凝土，新老砼結(jié)合面在砼澆注之前均刷(或噴)界面膠，注意預(yù)埋支座墊石的預(yù)埋鋼筋。
4、頂升箱梁、增加支座
頂升箱梁施工時(shí)應(yīng)封閉交通。支座更換應(yīng)采用整聯(lián)頂升，橫橋向必須嚴(yán)格同步。頂升梁體的臨時(shí)支架應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求。新支座施工完畢后拆除原有支座。本聯(lián)箱梁恒載總重約880噸。
小結(jié)
本文以箱梁整體剛性假設(shè)為基礎(chǔ)，采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（征求意見(jiàn)稿）的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算公式，驗(yàn)算了某互通立交匝道橋連續(xù)箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性，在穩(wěn)定系數(shù)較小的情況下進(jìn)行了加固方案的設(shè)計(jì)，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了加固的施工流程。經(jīng)驗(yàn)算，加固后的箱梁可以滿足抗傾覆穩(wěn)定的安全要求。目前，該聯(lián)箱梁已完成的加固的施工且運(yùn)營(yíng)良好。
