钢管混凝土拱桥动态悬吊式主梁结构改造技术-学兔兔 www.xuetutu.com

桥梁建设!!#$年第%$卷第!期!总第!&’期()*+,-./012)342*/0#5/67%$#8/7!#!#$!9/2:66;8/7!&’文章编号!#&%’!!!!#$!#&$钢管混凝土拱桥动态悬吊式主梁结构改造技术张!武#!!!吴运宏#!!!#7中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司湖北武汉%&’%$!7桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉%&&%#摘!要!沈阳浑河长青大桥主桥为#!’#%!#!’#A的中承式钢管混凝土拱桥!桥面系由横梁与桥面板组成!其主梁体系采用动态悬吊式结构!由于缺乏纵向联系!桥梁整体性及动力特性较差!存在较大的安全隐患$为提高该桥的整体安全性!在混凝土横梁间增设!道钢纵梁和=道混凝土纵梁!分别采用抱箍和植筋方式与横梁连接!使一个拱圈内的动态悬吊式主梁体系变为空间纵横梁框架连续体系!并采用GT^C_软件建立改造后的全桥有限元模型!分析=种工况下吊杆)拱肋)钢纵梁的应力及结构整体动力特性$结果表明,加固后桥梁的安全储备显著提高!各构件受力均满足要求!动力特性及自振频率得到极大改善!竖向位移明显减小$关键词!钢管混凝土拱桥%动态悬吊式结构%主梁结构%纵梁%有限元法%桥梁加固中图分类号!B%%@7!!$B%%=7’!文献标志码!C;+,5?)J)%5%)#*+(,#)-’+$.&WA#5O)(5JJA0’$N+#3+345)#2)&3+&0%&’(%’&+.5!C0*&(,6&)31+894+,5###!#51?#’$/7’(##!!#7M3D:0()*+,-_K-4*:69-4D0/6/,;./7#L2+7#.D*0:E:*6F:;G:H/)()*+,-I0,*0--)*0,J)/3K#M3D:0%&’%#.D*0:$!7_2:2-d-;L:N/):2/);O/)b-:62D:0+_:O-2;/O()*+,-_2)3423)-1#M3D:0%&&%#.D*0:?$%&5(%%9D-A:*0N)*+,-/O2D-.D:0,X*0,()*+,-/R-)b30D-E*R-)*0_D-0;:0,*1:D:6OS2D)/3,D4/04)-2-SO*66-+12--623N-!.W_9:)4DN)*+,-F*2D1K:0:)):0,-A-02!#!’#%!#!’A79D-O6//)1;12-A/O2D-N)*+,-*1/)*,*0:66;4/AK/1-+/O2D-4/04)-2-4)/11N-:A1:0++-4U16:N1:0+2D-12)3423):61;12-A/O2D-A:*0,*)+-)*12D-+;0:A*4:66;131K-0+-+12)3423)-7W/)6:4U/O2D-6/0,*23+*0:6N):4*0,1;12-A1#2D-*02-,)*2;:0++;0:A*4K)/K-)2*-1/O2D-N)*+,-:)-K//):0+2D-N)*+,-D:1D:+):2D-)1-R-)-D*++-01:O-2;+:0,-)79/*AK)/R-2D-*02-,):61:O-2;/O2D-N)*+,-#2D-N)*+,-F:1)-D:N*6*2:2-+:0+N-2F--02D-4/04)-2-4)/11N-:A1#-:4D!12--6:0+=4/0S4)-2-12)*0,-)1F-)-:++-+#2D-:++-+12)*0,-)1:0+2D-4)/11N-:A1F-)-4/00-42-+)-1K-42*R-6;N;2D-,*)+6-1:0+N;F:;/O*AK6:02*0,2D-)-*0O/)4-A-02:0+2D-+;0:A*4:66;131K-0+-+A:*0,*)+-)1;12-A*0::)4D)*0,F:12D314D:0,-+*02/:4/02*03/311;12-A/O2D-1K:2*:64)/11N-:A:0+12)*0,-)O):A-79D-1/O2F:)-GT^C_.*R*6F:131-+2/1-23K2D-O*0*2--6-A-02A/+-6O/)2D-FD/6-N)*+,-/O2D-)-D:N*6*2:2-+N)*+,-:0+2D-12)-11/O2D-131K-0+-)1#:)4D)*N1:0+12--612)*0,S-)1:0+2D-12)3423):6*02-,)*2;:0++;0:A*4K)/K-)2*-130+-)=6/:+4:1-1F-)-:0:6;Q-+79D-)-S13621/O2D-:0:6;1*11D/F2D:22D-1:O-2;A:),*0/O2D-)-D:N*6*2:2-+N)*+,-*11*,0*O*4:026;*ASK)/R-+:0+2D-O/)4-4/0+*2*/01/O2D-R:)*/314/AK/0-0214:0A--22D-)-X3*)-A-02179D-+;0:A*4K)/K-)2*-1:0+0:23):6R*N):2*/0O)-X3-04*-1:)-,)-:26;*AK)/R-+:0+2D-R-)2*4:6+*1K6:4-A-02*11*,0*O*4:026;)-+34-+7@+A8&3$%4/04)-2-SO*66-+12--623N-:)4DN)*+,-$+;0:A*4:66;131K-0+-+12)3423)-$A:*0,*)+S-)12)3423)-$12)*0,-)$O*0*2--6-A-02A-2D/+$N)*+,-12)-0,2D-0*0,收稿日期!!#=#!$作者简介!张!武#高级工程师#ISA:*6%#=’@&%Y!#!XX74/A)研究方向%桥梁施工设计#桥梁维修诊治)&#桥梁建设!()*+,-./012)342*/0!#$#%$!!B!概!述浑河长青大桥位于沈阳市东南部#主桥为!#!’#%!#!’A中承式钢管混凝土拱桥#如图#所示)该桥净矢高&%7=!A#矢跨比为#&%7Y&#拱轴线为悬链线#拱轴由!条分离式平行拱肋组成#两肋间设置’处横向联系!以提高桥梁的稳定性)拱肋钢材为#$G0钢#拱肋钢管内灌注.=混凝土)该桥桥面系由横梁与桥面板两部分组成)吊杆采用#=7#的镀锌高强钢丝#每根吊杆设#YY根钢丝#钢丝外加黑色高密度‘I护套)吊杆采用镦头锚#上端通过横隔板支承于下弦管#下端锚固于横梁底#使桥面成为整体飘浮体系)中跨吊杆!#对#边跨吊杆#Y对#全桥共=Y对吊杆)该桥于#YY=年$月开工##YY’年’月建成通车)沈阳浑河长青大桥主梁体系为动态悬吊式结构#该体系具有构造简单,受力明确,施工便捷等特点#但由于缺乏纵向联系#桥梁整体刚度不足#行车舒适度较差*#+#加之多年超负荷运营#经检测发现该桥具有以下问题%#桥梁阻尼比偏小#结构的自振频率偏低#结构耗散外部能量输入能力差$$车辆通过桥梁时#主跨结构的竖向位移响应较大#结构的安全储备不足$%监测数据显示近年来桥梁的主跨位移响应幅度有增大的趋势#车桥耦合振动产生的振动波和噪声问题明显)该桥桥面系大面积破坏#且屡修屡坏#若吊杆一旦断裂#则会出现垮塌#结构安全隐患较大)为提高该桥的整体安全性#对其动态悬吊式主梁体系进行改造)F!动态悬吊式主梁体系改造技术为提高沈阳浑河长青大桥桥面系的整体刚度及抗风险能力#减小车辆通行过程中桥梁的动力响应#改善桥面系的行车舒适度#综合考虑该桥各项检测指标后#改造方案最终确定为在原预应力混凝土横梁间增设’道纵梁*!+#其中#!道为钢纵梁!钢纵梁采用抱箍形式与混凝土横梁连接#=道为混凝土纵梁!取消对应位置横梁上的简支板#通过植筋与横梁连接#通过设置’道纵梁使一个拱圈内的动态悬吊式主梁体系变为空间纵横梁框架体系#具体布置如图!所示)单根纵梁在一个拱圈内通长#通过抱箍或植筋与横梁有效连接)纵梁的增设使原来一个拱圈内的动态悬吊式主梁体系变为空间纵横梁框架连续体系#使桥面系具备了整体纵向刚度#避免吊杆断裂导致桥面系垮塌)另外#在改变主梁体系前#先对吊杆进行详细的诊断#对存在安全隐患的吊杆先进行更换#然后对主梁进行体系改造*&+)F7B!新增钢纵梁新增钢纵梁布设于原非机动车护栏处#将原外图B!沈阳浑河长青大桥主桥立面布置C)1DB/J+5%)#.45)#6&)31+.!,5#1-)#16&)31++&M’#,+;)+&)#0,+#A5#1图F!悬吊式主梁增设纵梁布置C)1DF&&5#1+O+#%.33+30%&)#1+&$%WA#5O)(5JJA0’$N+#3+345)#2)&3+&%#钢管混凝土拱桥动态悬吊式主梁结构改造技术!!张!武#吴运宏侧#道混凝土防撞护栏置换成钢纵梁#其横桥向位置紧靠吊杆外侧)钢纵梁通过耳板和横梁底板托板抱箍与横梁连接#钢纵梁内设置纵,横加劲肋*%+)新增钢纵梁构造如图&所示)单根钢纵梁在桥梁单跨内通长#在原伸缩缝处断开#全桥共分为=段)当单根吊杆临时解除或断裂时#该处的钢纵梁可承担桥面恒载和动载#并分配荷载至该吊杆两侧的吊杆上#钢纵梁可作为后期更换吊杆的分配梁使用)图G!新增钢纵梁构造C)1DG0%&’(%’&+.33+30%++J0%&)#1+&为适应沈阳冬季低温的气候条件#钢纵梁材质选用c&%=I#钢纵梁高#7!&A,宽7%A#采用部分工厂预制,部分现场拼装的方式施工#钢纵梁现场安装如图%所示)钢纵梁分为预制段和现场拼装段两部分)钢纵梁预制段根据设计图纸在工厂加工制造#整体运至现场)在钢纵梁预制段安装前#需测量所有横梁索导管顶部标高#根据测得的单侧同跨所有标高值拟合推算出一个合理的线形*=+#将横梁顶部统一凿毛至此线形标高)在钢纵梁预制段定位后#通过测量相邻钢纵梁端头间的净距和相对位置确定钢纵梁现拼段下料尺寸)具体安装时#先安装不需更换吊杆处的钢纵梁#再安装需要更换吊杆处的钢纵梁)钢纵梁拼装过程中#根据各跨横梁的实际偏差调整每节段钢纵梁的三维空间安装位置#保证钢纵梁沿顺桥向线形平顺*$+)在单跨内钢纵梁全部定位后#统一进行焊接#在早晨低温时段进行合龙施工)F7F!新增混凝土纵梁混凝土纵梁横桥向共分为=道%每道钢纵梁两侧各!道#宽度分别为7$A和7YA$桥轴线设置#道#宽!A)混凝土纵梁均采用吊模施工#混凝土纵梁在横梁两侧设置牛腿#钢纵梁与混凝土纵梁接触处设置剪力钉连接#采用B形钢筋连接混凝土预制桥面板*’+#以保证钢纵梁,混凝土纵梁和原预制桥面板的整体性和横向刚度)新增混凝土纵梁构造如图=所示)图K!钢纵梁现场安装C)1DKH#$%5JJ5%)#.0%++J0%&)#1+&$)#C)+J3图Q!新增混凝土纵梁构造C)1DQ0%&’(%’&+.33+3!#(&+%+0%&)#1+&G!体系改造后的计算分析G7B!有限元模型在原预应力混凝土横梁间增设纵梁将主梁由原来的动态悬吊体系改造为空间纵横梁框架体系#为了分析钢管混凝土拱桥动态悬吊式主梁结构的改造效果#采用GT^C_软件建立改造后的全桥结构计算模型#如图$所示#分析荷载作用下吊杆,拱肋,钢纵梁等构件的安全储备以及结构整体动力特性)=#桥梁建设!()*+,-./012)342*/0!#$#%$!!图T!改造后的沈阳浑河长青大桥计算模型C)1DT!5J(’J5%)#43+J.&;+,5?)J)%5%+3!,5#1-)#16&)31++&M’#,+;)+&)#0,+#A5#1!!在进行计算分析时#全桥除吊杆外均为杆系结构$因吊杆在顶端拱肋和下端横梁的索导管均采用浇筑混凝土防护#故吊杆顶端与拱圈,下端与混凝土横梁均采用固结$混凝土横梁为预应力混凝土#拱脚固结#增设的钢纵梁与混凝土横梁共节点*@+)荷载按照横向布置%个车道考虑#为计算出一侧吊杆的不利状态#车道布置为偏载)混凝土预制板以均布荷载!&&@7=U8&A的方式加载)桥梁原设计规范为-公路桥涵设计通用规范.!\9\!#@Y#计算荷载为汽车超!级,挂车#!,人群,升温#@k,降温!Yk,恒载)计算荷载按=个工况取值*Y+%#工况#为#7恒载$$工况!为#7恒载#7人群#7汽车超!级$%工况&为#7恒载#7人群#7汽车超!级#7升温$(工况%为#7恒载#7人群