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桥梁加固设计安全性研究

当前,随着我国经济不断快速发展,人们对生活的要求也越来越趋于高标准,在高标准的驱动下,人们更加重视各类基础设施工程建设质量。桥梁作为重要的基础设施工程,能有效促进区域经济发展,有效提高人们的出行便利性。目前,随着我国汽车保有量不断提高,再加上货车的载荷量也在相应增加,故而对桥梁提出了更高的要求。如何提高桥梁整体结构安全性,成为相关技术人员一直研究的方向。桥梁在运行一段时间后,应采取有效加固措施,提高桥梁的整体安全性,延长桥梁的使用周期,保障人们的正常出行。

1工程概况

江西省某一高速公路的主线跨径为(24+21.3+21.3+24)m,其结构为箱梁,平面位置处于R=160m左扁圆,以及左偏缓和2种曲线处,梁箱底宽度4.5m,高度2.5m,翼缘悬臂为3.2m,底板厚度为26m,桥梁的腹板由跨中横向到横梁位置,由原先的60cm拓展到80cm;在箱梁的中心位置处设置了中横梁,跨度为2.5m,同时在梁端的1.6m处设置了横隔梁[1]。

2结构计算

在确定桥梁加固设计方案时,通过调整台阶支座距离与桥墩支座偏心确定桥梁结构受力,通过该方式,能有效减少支座出现的脱空等问题。在计算调试后可知,桥梁的0号与4号桥台的距离调整了4.4m,其中1号以及3号桥墩的支座向外延伸了0.55m,桥台内侧以及外侧支座并未出现不良应力的现象。在实践过程中,为了满足支座横桥向的受力,在操作过程中,分别对1至3号墩横向约束力,以及活动力进行了计算,计算方式如下[2]:钢绞线:Φs15.2为松弛的钢绞线,弹性模量为:Ep=1.95×105MPa,标准强度fpk=1860MPa,锚下张拉力σcom=0.75×fpk=1395MPa,管道偏差系数k=0.0014,管道的摩擦系数μ=0.3。一期恒载:进行该环节计算时,结合横断面的实际尺寸,进行重新计算,在箱梁混凝土总容量计算中,以26kN/m3为基础进行计算,由于内弧与外弧的长度不一致,因此,在自重枢纽取值上应采用7.56kN•m计算[2]。二期恒载:设置的单侧钢护栏为7kN/m,沥青混凝土为22.8kN/m。二期总恒载为36.8kN/m,由于内弧与外弧长度不一致,因而二期恒载扭矩为3.29kN•m。而在进行支撑反力计算的过程中,需做好公路一级与55T重车的计算;在抗裂性以及结构计算中,需要按照结构承载力的要求进行计算;在体系以及温度取值上需要按照-10℃、+30℃取值标准进行。值得注意的是,体系的温度变化,无论是升温还是降温,都需要依据-10℃、+30℃来取得合适的值,此外,还要特别重视,梯度的实际温度的差异需要具体依据相关规范执行。在对梯度温度进行计算时,必须要满足日照的正常温差,日照的反温差T1与T2各自用-7℃、-2.75℃。近几年来,国内的弯桥常常发生倾覆或坍塌现象,究其原因,主要有两点:其一,内部原因,即:桥梁本身存在质量缺陷,未能达到设计要求;其二,外部因素,即:货车的载荷量过大,严重超过了桥梁所能承受的载荷范围。在桥梁加固施工过程中,应再次确认该桥梁的实际载荷量,应当首先分析下述状况:第一,依据规定的标准车辆道路载荷,对桥梁结构的规定使用极限以及最大载荷量做运算;第二,确认实际承载重量,需要按照标准的数值进行计算,以标准规章对60t车辆荷载验算。

3计算结果分析

3.1支承反力分析。分析桥梁在运行过程中,出现的最大及最小支座反力,而圆弧内侧支座则会出现负反力,从而得知桥梁在运行阶段支座存在脱空的可能,同时,1号及3号墩由于采用的是GPZ支座设计规格,因此在受力要求上不符合实际要求,故而,必须要对整体支座进行设置[3]。3.2正常条件使用下上部箱梁极限值计算。下箱梁在正常情况下使用时,正截面应力计算范围公式如下:σkc+σpt≤0.5fck=16.2MPa经过上述公式可知,箱梁使用时,正截面最大应力值应该为12.8MPa,符合规范的实际要求,与规范标准一致。对混凝土主压力计算,其具体的规范限制为:σcp≤0.6fck=19.44MPa,箱桥梁截面主压应力最大是12.8MPa,而实际规范的参数为0.6fck=19.44MPa,与规范要求相符合。3.3箱梁斜面抗裂力计算研究。该过程中对于混凝土构件的计算,需要按照以下规范限值进行计算:σtk=0.7ftk=1.855MPa该数据与斜截面的实际要求一致,在短期条件下,计算截面边缘的应力需要按照该数值进行确定。具体的规范限制是:σtcc≤0.7f'ck=20.4MPa,在运算抗压容力时,预拉区的其他纵向配筋率需要≥0.2%,而按照计算结果资料可知,在进行桥梁主梁施工时,其最大的应力值应该取值8.79MPa。3.4对抗倾斜系数。对本桥梁的实际布置情况进行分析,桥梁的外弧面越大,那么桥梁倾覆率就越高,所以,在桥梁加固设计时,为了能够控制支座倾覆现象,在设置倾覆线时,需要做好1号及2号桥墩的连接,并且还需要在3号及4号墩柱上设置连接中心座,使其能够对称相依[4]。3.5设计抗倾覆系数验算。结合本工程桥梁支座布置分析,考虑到旋转先外弧侧桥面面积会出现倾覆问题,因此,在实践过程中,需要做好1号及3号墩柱支座中心的连线。由于该座桥梁采用的是左右两边对称的结构,所以只需要核验其中的一种情况,就可以完成对整座桥梁的核验工作。事实上,在箱梁绕假设中,旋转轴之间极易出现倾覆的情况,该位置是倾覆发生率最大的位置,因此,在实践过程中,必须要做好1号及2号墩的支座受力控制,并且在保留好旋转轴的支座的同时,还要充分考虑到实际的倾覆问题,向圆弧内外两侧的妞矩存在着差异,正是这种差异产生了倾覆问题。值得注意的是,在设计的过程中,如果有一个抗拒约束因素存在,则需对三个支座坐标采取控制措施。因此,需采取有效的通过约束计算出具体的倾覆的结构,以及抗倾覆力矩,得出抗倾覆的稳定系数,进而满足设计要求[5]。

4结语

总而言之,在对该桥梁进行计算分析后知道,圆弧内侧支座发生脱空的可能通常会在三种情况下发生,即是:支座横向的应力比竖向承载力大时;1号与3号墩的外弧反力大于承载力时;主梁的小于截面抗剪力以及截面抗扭力小于承载力时。在了解掌握影响因素后,在设计桥梁加固方案时,必须要结合实际工程情况,采取有效策略进行处理,唯有如此,才能保证桥梁整体的稳定安全性,本工程由于在设计时通过各阶段的数据验算,最终设计结果满足实际要求保证了桥梁加固设计的稳定性。

作者:杜继辉 颜彬 单位:吉安市公路勘察设计院

参考文献:

[1]邹士秀,丁文胜.桥梁受力性能测试研究[J].山西建筑,2017(8):73.

[2]符传辉.探究高性能砼在桥梁结构中的应用[J].交通建设与管理,2013(9):51-52.

[3]桥梁结构安全与健康重点实验室落户桥科院[J].岩土工程界,2009(12):95-96.

[4]吕建鸣,杨昀.桥梁结构分析技术的发展与展望[J].公路交通科技,2008(12):144.

[5]马亚丽,王东炜,张爱林.在役桥梁结构健康等级的多级模糊综合评判[J].北京工业大学学报,2015(1):55.

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