钢混组合曲线梁桥设计中爬移问题及防治措施.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-03-07作者简介:孙晓春(1992),男,工程师,从事路桥设计工作。钢混组合曲线梁桥设计中爬移问题及防治措施孙晓春(广泓建设集团有限公司,江西 上饶 334000)摘要:为更好地进行钢混组合曲线梁桥长期爬移问题的预防与处治,保证桥梁结构的安全与稳定,以某高速公路在建简支连续钢箱-混凝土组合曲线梁桥为例,首先,应用ABAQUS有限元软件构建结构模型,对桥梁支座径向位移和切向位移变化趋势及年累积量展开预测;然后,从预应力布置、支座布置、侧向限位装置、混凝土材料等方面提出了减少和控制爬移的主要思路,以期为类似桥梁工程结构优化设计提供参考。关键词:
2、钢混组合曲线梁桥;爬移;温度场;防治中图分类号:U442.5文献标识码:A0 引言钢混组合梁兼具钢筋、混凝土材料的优势,承载力高,结构自重轻,便于预制生产,应用较为广泛。但曲线梁桥结构受力较为复杂,设计、施工中仍存在许多亟待解决的问题,其中最突出的就是曲线梁桥的爬移问题。爬移是指曲线梁桥受环境影响和支座摩擦滑移作用后表现出的无法恢复的位移,是引起曲线梁桥支座脱空、墩身开裂、主梁倾覆、挡块开裂等病害的主要诱因之一。现有研究成果在分析曲线梁桥爬移累积问题时,常常忽视支座摩擦的作用,简单将桥梁支座简化成线性支座,使分析结果偏离工程实际。此外,还将钢混组合曲线梁桥空间温度分布简化成二维竖向温度梯度,无
3、法对曲线梁桥长期爬移展开分析。基于此背景,本文以具体钢混组合曲线梁桥为例,在构建组合梁桥有限元模型的基础上,提出长期爬移及精细温度场分析思路,并从设计角度对爬移防治措施及处治效果展开论证,以期为钢混组合曲线梁桥爬移病害的防治提供依据。1 工程概况某高速公路在建连续钢箱-混凝土组合曲线梁桥为72 m简支梁桥,桥面及钢箱梁底宽20.5 m和2.8 m,横断面采用单箱单室设计,箱室间通过2.6 m高的横梁连接;桥面铺装10 cm厚的沥青混凝土层。梁端采用双向活动盆式橡胶支座,梁中桥墩处则采用固定盆式橡胶支座。桥面按照单向两车道设计,荷载等级为公路-级。2 有限元分析2.1 模型构建应用 ABAQUS
4、 大型有限元软件构建该钢混组合曲线梁桥分析模型,并分别展开温度场和温度效应模拟。为提升计算效率,采用热力顺序耦合求解温度效应1。耦合计算时,应用相同方法划分温度场和应力场计算网格,混凝土桥面板和沥青铺装层温度场计算采用DC3D8传热实体单元,而钢箱梁则采用 DS4传热壳单元。温度场模型中材料热物性参数取值情况见表1。模型构建过程中,假设铺装层和桥面板较好黏结,铺装层通过TIE连接桥面板,钢箱梁翼缘板也通过TIE连接混凝土桥面板。温度效应模型中,沥青铺装层、混凝土桥面板均采用DC3D8R实体单元,混凝土弹性模量为35 400 MPa,热膨胀系数为 1.110-5、泊松比为 0.20;钢箱梁则采用
5、 SHELL 展开模拟,弹性模量为 206 000MPa,热膨胀系数为 1.1910-5、泊松比为 0.30;预应力 钢束则通过 TRUSS 桁架单元模拟,弹性模量为195 000MPa,热膨胀系数为1.1910-5、泊松比为0.30。表1 材料热物性参数取值材料混凝土钢材沥青密度/(kg/m3)2 6007 8502 400热传导率/(W/(m)2.050.01.6比热容/(J/(kg)9264601 050辐射发散系数0.890.800.92辐射吸收系数0.6510.6850.91该钢混组合曲线梁桥温度场表现出明显的季节性特征。为此,必须展开春分、夏至、秋分、冬至等典149总656期202
6、3年第26期(9月 中)型季节桥梁温度场分析2。结合桥梁日照温度场理论,展开桥梁日照温度场计算时必须明确桥址处方位角、经纬度等位置参数,温度变化区间,地表日均风速等气象资料。结合所取得的资料,该桥梁所在地经纬度为 E108.10N40.21,方位角为北偏东 74.1;根据所取得的工程所在地20152020年典型季节气象资料确定气象参数:春分、夏至、秋分、冬至等典型季节日温变化范围为316、2034、1628、-10-1;地表日均风速分别为2.6 m/s、1.4 m/s、1.9 m/s、2.4 m/s。2.2 典型季节桥梁爬移分析2.2.1 径向位移对长期温度场作用后该钢混组合曲线梁桥温度效应中
7、梁端盆式支座径向位移数据展开分析,得出梁桥支座径向位移长期时变曲线3。分析后得知,该梁桥支座径向位移表现出明显的季节性特征,且不同季节径向位移呈不同的线性变化趋势。夏至至秋分,由于梁桥温度场变幅小,支座径向位移以0.003 mm/d的速度缓慢增大;进入冬季后因气温降低,曲线梁桥受冷后表现出倾向于曲线半径内侧的收缩,促使径向位移减小;春夏季节支座径向位移增速均保持在 0.02 mm/d左右;全年梁桥径向位移则表现出明显的向外侧累积及年周期性。就具体数值来看,临近曲线内侧支座的径向位移值偏大,不同位置支座位移累积速率接近;东西侧支座径向位移呈对称分布。2.2.2 切向位移通过分析曲线梁桥梁端盆式支
8、座切向位移变动曲线看出,切向位移的发展与径向位移类似,也表现出较强的季节性特征。因夏秋季之间温度场变幅小,故夏至至秋分期间支座切向位移增长速率较小;冬季环境温度较低,热胀冷缩作用下使曲线梁桥出现较大的切向收缩,位移变化速率均不大。而春夏两季桥梁支座切向位移增长速率基本达到0.035 mm/d。切向位移同样表现出明显的年周期性特征。临近曲线内侧的支座切向位移通常较大,东西侧支座切向位移对称。综合以上分析看出,钢混组合曲线梁桥支座位移处于不断累积状态,径向位移和切向位移年累积量约为2.8 mm和1.5 mm,随着桥梁运营时间的延长,累积量持续增大。故在曲线梁桥设计阶段,必须重视爬移问题,采取有效措
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