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金沙GA电子-分析独柱预应力弯梁桥事故
2011-01-14 00:00

  综合近几年来,深圳及周边地区弯桥所发生的问题。事故多发生在独柱预应力弯梁桥。桥梁中心线曲线半径R=60~300米,桥梁宽度B=8~16.5米,事故发生的时间在施工中或运营1~5年中。

事故发生的原因是多方面的,即有施工方面的原因,也有设计方面的原因。现将有关情况(不含泥岗立交)汇报如下:

(a)中间墩A6~A10均为多向活动盆式橡胶支座,其抵抗水平力、水平位移的能力较弱。当摩阻系数μ≤0.015时,在温度力作用下A6~A10墩水平力均超过支座摩阻力而发生滑动。

(b)梁体位移发生过程,应包括二个阶段:

1)在温度力和日照温差荷载在长期反复作用下,梁体中间支承出现较大的平面累计位移。即“弯、斜桥的爬行现象”

2)当平面累计位移发展到一定阶段,支承体系偏心达到一定数值时(见前述—临界状态各墩支承偏心值表),结构支承体系中的边支座A5、A11出现内侧橡胶支座的脱空现象,同时扭转变形造成的梁体自重水平力分力,以及温度力、日照温差荷载产生的水平力造成梁体的突然变位

按上述分析,主梁发生严重侧向位移和转动的过程应是:

  梁体中间支承发生的累计水平变位→主梁在较大偏心支承作用下发生翻转→由于翻转产生的主梁自重水平分力加剧了水平变位的发生→全联支承系统(包括抗震锚栓)失去抵抗水平力能力发生突然侧移和翻转。由此可以看出,横桥向的累计位移是造成梁体侧移和翻转的重要因素。

(d)设计规范中,对盆式橡胶支座有关聚四氟乙稀板的摩擦系数有关规定(常温下μ=0.05),与实际厂家产品出厂时的检验标准出入较大(出厂时μ≤0.01)。对上部结构的整体抗滑动稳定性是明显的不安全因素。

(e)支座预偏心设置不合理(原设计中间四个墩预偏心设置为45、0、0、30厘米)。由于中间三个大跨未设置预偏心,其扭转跨径依然较大,主梁扭矩未得到明显改善。

事故处理:

(a)在两侧临近边墩的中墩加设盖梁,加大墩柱截面,由φ160厘米增大为280X200厘米椭圆形截面。将原设计单点支承改为两点抗扭支承,增加全桥的扭转约束、减小扭转跨径。

(b)改变中墩各墩的支座型号,其中中间墩改为盆式固定支座,其余两墩改为单向活动支座(切向活动,径向固定)。

(c)边墩支座改为滑板橡胶支座。

(d)对全联主梁顶升,进行纵向、横向位移调整,恢复主梁纵、横坡及平面位置。

目前事故处理正在进行中。

(5)深圳市北环路红岭立交、环彩立交(建成年代不详)两座立交近期才发现问题,具体情况尚在了解中。

综合上述:深圳市近年来独柱支承预应力弯梁桥所发生的事故可归结为:

(1)对预应力钢束产生的扭矩认识不足,计算分析中未计入预应力对扭矩的影响。

(2)支座预偏心设置不合理,致使全梁扭矩分布得不到改善,从而引起端部(抗扭支承)曲线内侧支座脱空。

(3)支承体系设计不合理。或全部采用双向活动支座,或全部采用球型支座,致使支承体系在平面外约束较弱,导致平面外的位移。

(4)设计中对长期荷载,特别是对温度力、制动力、收缩、徐变引起的平面外水平变位认识不足,水平限位措施不利,导致上部结构主梁在长期荷载作用下的“水平爬行现象”。

(5)设计中对独柱预应力弯桥,特别是分段浇筑预应力弯桥临时支承,未做明确、详细的设计说明,致使施工时支架垮塌造成事故。

(6)现行桥梁设计规范急待修订,特别是对于弯、坡、斜桥缺乏明确规定,致使其无“规”可寻,必须加强有关技术规定。

(7)设计规范中,对盆式橡胶支座有关聚四氟乙稀板的摩擦系数有关规定(常温下μ=0.05),与实际厂家产品出厂时的检验标准出入较大(国标出厂时μ≤0.01)。设计中对上部结构的整体抗滑动稳定性未予考虑。

(8)未注意《桥规》中对于支座最小压力的控制。


(1)深圳市春风路高架桥(1994年建成)

  该桥为独柱三跨预应力连续弯梁,桥梁中心线曲线半径60米,采用单箱单室箱型截面,全宽10.5米,两侧悬臂3.0米(详细情况不详)。在施工预应力张拉后发生梁体的转动,导致梁体曲线内侧支座脱空。

该桥发生问题的主要原因:

(a) 由于箱梁两侧外悬臂较大,箱梁底宽较小,使得由两块板式橡胶支座组成的抗扭约束抵抗力矩不足,造成梁体扭转变形。

(b) 对梁体内预应力产生的扭矩缺乏足够的认识。

事故处理:

(a)通过顶升两侧端支点处内侧,对支座施加预加力,调整横坡,减小支座负反力,消除支座脱空现象。

(b)在主梁内侧施加压重荷载,调整全梁扭矩分布,增大边墩内侧支座反力。

(2)深圳市滨河路车公庙立交(1998年建成)

  该桥采用单箱双室箱型截面,桥梁中心线曲线半径R=266.3米,6跨一联,长度、跨度较大,其中中间两孔跨度为62.8米、59.2米,中间三个支承采用独柱支承,其余为双柱支承。该桥全宽10米,两侧悬臂2.0米,梁高2.8米。施工采用分段浇注、分段张拉预应力方法。首先浇注中间两跨(62.8+59.2米),经过张拉设备张拉预应力后,浇注两侧边孔。预应力通过连接器连接。该桥施工第一浇筑段,预应力张拉后,按照施工程序拆除跨中支架时,引起梁端及中间支承附近梁体外侧支架承载能力不足,产生支架垮塌,主梁产生翻转。

该桥发生问题的主要原因:

(a)在第一段砼浇筑、预应力张拉完成后,梁体跨中部位支架脱空,支点附近支架不足以承受梁体自重及预应力产生的扭矩,而造成支架的垮塌。

(b)设计中特别是第一浇筑段单点支承支点附近的支架没有提出具体、明确的技术要求,造成支架在预应力张拉后,支点附近支架承载能力不足。

(c)对梁体内预应力产生的扭矩缺乏足够的认识。

事故处理:

(a)针对事故发生的原因,对第一段浇筑主梁进行多点顶升,恢复梁体的扭转变形。

(b)加强第一段浇筑梁体的临时支承,在梁体扭转变形得到恢复后,进行下一浇筑段的施工,使全桥形成稳固的结构体系。

(3)深圳市滨海大道南油立交及侨城东路、侨城西路立交(1999年建成)

  三座立交采用同样的设计手法,发生同样的问题。出问题三座匝道桥均采用独柱三跨连续梁结构,边墩采用隐盖梁。其中中跨为35~45米,边跨为30~35米,梁体中心线圆曲线半径为68.5米或83.5米。桥梁宽度8米,箱梁底宽3.8米,外悬臂2.1米,主梁梁高2.0米(中跨45米)、1.65米(中跨35米)。中间独柱支承采用双向活动盆式橡胶支座。

  其中南油立交匝道在进行荷载实验时发生梁体的较大偏转,最大偏转为1.53%,外侧最大下沉为60厘米,内侧最大上翘为63厘米,主梁向曲线外侧最大滑移为45厘米。
同时其余两座立交匝道也发生了不同程度的偏转和侧移,但由于未进行荷载实验,发生偏转和侧移程度较小。

该桥发生问题的主要原因:

(a)全联支承体系抗扭能力及水平方向抗滑动能力弱。

(b)预应力钢束配置不尽合力。对预应力产生的扭矩缺乏足够的认识。

(c)中墩支座预偏心设置偏小,结构分析表明未起明显作用。

(d)双向活动支座滑动系数设计中采用值与产品出厂指标差别巨大(国标μ≤0.01)。其滑动摩阻系数取值偏大对下部结构安全,但对预应力弯梁上部结构的滑动稳定性不利。

事故处理:

(a)对主梁进行多点顶升,以两边墩外侧支座中心连线为轴,按刚体位移顶升主梁各控制点的相对位移值,梁体顶升的控制以顶力和各点相对位移比值双控,恢复梁体变位。

(b)改变支承体系,加大墩柱截面。将原设计圆形墩柱改为椭圆形墩柱。将中墩墩顶单点双向活动支座改为两支点板式橡胶支座,使中墩形成抗扭约束,减小扭转跨径。

(c)中墩加桩、加大承台,以抵抗中墩墩柱由于增加抗扭约束而产生的横向弯矩。

(d) 为保证在运营阶段,边墩曲线内侧支座不出现脱空现象。在恢复梁体位移、改变支承体系完成后,对边墩内侧支座施加顶力调整支座位置,拆除顶力后对边墩内侧支座形成预压。

(4)深圳市华强北立交(1998年建成)

  该桥由多座桥梁组成其中A、B匝道桥均为6孔预应力砼连续梁,桥梁中线曲线半径分别为255米和275米。桥梁全长239.504米,跨径组合为26.083+37+54+34.421+54+34米,箱梁截面为单箱单室,梁高2.2米,箱梁顶宽9.0米,底宽5.0米,支座布置边墩采用板式橡胶支座,其余均为双向活动支座。

  该桥2000年6月在无任何先兆情况下,A匝道桥突然发生严重的梁体侧向位移、平面外挠曲并伴随严重的扭转变形。各墩处径向平移位移量分别为18、21、33、47、46、22、19厘米(A匝道),梁端端部扭转角达2.42°和2.35°。两侧边墩曲线内侧支座已脱空。    

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