贵都高速大跨径连续刚构桥——石门坎大桥长期挠度监测分析
Analysis of Long-Term Deflection of Monitoring Result on Gui-Du High Highways Long Span Continuous Rigid Frame Bridge—Shi Men Kan Bridge

作者: 韦仕荣 , 杨 斌 , 陈 闯 :中交路建交通科技有限公司,北京; 徐桂弘 , 汪权明 :贵州理工土木工程学院,贵州 贵阳;

关键词: 大跨径连续刚构桥长期挠度影响因素Long Span Continuous Rigid Frame Bridge Long Term Deflection Influence Factors

摘要:
大跨径连续刚构桥梁在我国得到广泛的应用,长期运营中跨中挠度的增大是影响大跨径连续刚构桥梁安全的重要问题。本文针对贵都高速路线上的石门坎大桥,进行了为期3年的跨中挠度监测,基于监测数据,分析了大跨径连续刚构桥跨中挠度随时间的变化特性,为同类大跨径连续刚构桥的跨中挠度随时间的变化提供了真实数据。

Abstract: Long span continuous rigid frame bridge is widely used in China. The increase deflection is an im-portant problem for bridge safety of long-span continuous rigid frame. According to Gui-Du highway Shi Men Kan bridge deflection monitoring results over the past 3 years, the characteristics of long span continuous rigid frame bridge deflection with time were analyzed. It provides real data for same kind bridge deflection analyzed with time.

1. 引言

大跨径连续刚构桥在我国得到广泛的应用,具有梁高小、结构刚度好、整体性强、温度应力小、桥面接缝少、行车平顺舒适、便于养护以及抗震能力强等优点 [1] [2] [3] 。从国内外相关研究发现,跨中持续下挠以及下挠量过大、梁体裂缝过多已成为大跨度预应力混凝土梁桥的世界性通病 [4] [5] [6] 。如,1997年建成通车的主跨为270 m的虎门大桥辅航道桥左右幅跨中在7年间下挠均超过200 mm,黄石长江大桥1995年建成,主跨度为245 m,经过7年运营后跨中挠度超过300 mm,严重的影响桥梁的平顺性和舒适性 [7] [8] [9] 。如何正确的认识挠度随时间的变化规律,分析大跨径连续刚构桥跨中挠度过大的原因和影响因素,有效防止病害的产生或减少,是桥梁设计、施工以及科研工作者所要急需解决的问题 [10] [11] [12] 。

2. 工程概况及桥面高程监测

2.1. 工程概况

贵都高速是贵州省省会贵阳市与黔南重镇都匀市之间的快速通道,为《国家高速公路规划网》中厦门至成都、兰州至海口、上海至昆明等三条高速公路在贵州中部共用段的替代通道。路线起点在都匀市火石坡,与夏蓉高速公路相接,经都匀市的小围寨、贵定县打铁乡、昌明镇、龙里县,终点于贵阳市绕城高速烂泥沟处,与贵阳市绕城高速公路、贵阳市南出口路等十字相接,路线全长80.969公里。

石门坎特大桥在贵都高速的起终点桩号分别为K220 + 447和K220 + 903,上部结构构造为(118 + 220 + 118) m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁,全长456 m。桥梁平面位于半径R = 3000的左偏圆曲线(K220 + 292.052~K220 + 896.225)与参数A-760的左偏缓和曲线(K220 + 896.225~K210 + 088.501)上。右线桥K220 + 063.719至K220 + 903段为全超高段,超高横坡2.0%;左线桥K219 + 389.043至K220 + 903段为正常横坡段,桥面横坡−2.0%。纵面R = 24,000 m的凸形竖曲线(4.0%与2.5%的单向坡)与R = 16,000 m的凹形竖曲线上(2.5%与4.0%的单向坡上)。主桥上部构造为118 + 220 + 118 m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁,箱梁根部梁高14.0 m,跨中梁高4.0 m,顶板厚28 cm,底板厚从跨中至根部由32 cm变化为140 cm,腹板从根部至跨中分三段采用80 cm、60 cm、45 cm三种厚度,箱梁高度和底板厚度按1.8次抛物线变化。主桥上部构造按全预应力混凝土设计,采用三向预应力,纵、横向预应力采用高强度低松弛钢绞线,设计锚下张拉控制应力1395 MPa,管道偏差系数为0.0015、摩阻系数为0.17 (图1)。

主桥下部构造墩身采用双肢等截面矩形空心墩,肢间净距9 m,单肢截面尺寸7 × 3.5 m,壁厚0.7 m。最高主墩约为87 m,主墩承台厚5 m,基础采用桩径2.4 m的钻孔灌注桩,每墩共20根桩。

2.2. 桥面高程测点布置

石门坎大桥监测主要需要采用光纤传感器、解调仪、精密水准仪、全站仪、动载数据采集仪等,仪器设备见表1

为保证桥梁监测资料延续有效,对大桥建立永久性控制网,控制网采用自建坐标系,左右幅各布设1个永久基准点和1个共用复核控制点,共3个控制点。基准点在都匀侧桥头隧道出口处。

2.3. 桥面高程测点布置

石门坎大桥桥面高程测点顺桥向单幅边跨布置在8分点上,中跨布置在16分点上;横桥向每个断面设置测点2个,位于桥面两侧距离防撞护栏根部20 cm处,采用植入不锈钢钢钉,全桥共计4条测线66个测点,测点示意如图2所示。

Figure 1. Bridge layout plan of Shimenkan

图1. 石门坎大桥桥型布置图

Table 1. Instrument and equipment

表1. 仪器设备

Figure 2. Measuring points layout of Shimenkan bridge

图2. 石门坎大桥测点布置图

3. 石门坎大桥运营期监测结果分析

3.1. 桥面高程监测结果分析

图3~6,分别为石门坎大桥左幅左侧、左幅右侧、右幅左侧、右幅右侧的桥面高程累积差值结果图。

图3中可看出,石门坎大桥的左幅左侧中跨部位桥面高程累计差值随着时间的增加而逐渐增大。其中第3次与第4次测量的结果高程差值较大,为11.47 mm,第9次测量结果与第10次测量的结果高程差值较大,为16.05 mm,第9次与第8次测量的结果高程差值较大,为22.48 mm,ZZ17监测点挠度最大值为112.88 mm。图4中可以看出石门坎大桥的左幅右侧中跨部位ZY17桥面高程累计值最大为131.04 mm。第10次测量与前期测量结果相差为26.3 mm。

图5可知,石门坎大桥的右幅左侧中跨部位YZ17点最大挠度为148.34 mm。其中第10次测量结果与第9次测量的结果高程差值较大,为18.68 mm。

图6可知,右幅右侧中跨部位YY17点挠度最大值为144.03 mm。其中第10次测量结果与第9次测量的结果高程差值较大,为17.65 mm。第4次与第5次监测结果相差17.59 mm,第3次测量结果与第2次测量结果相差较大,为13.45 mm。

3.2. 跨中挠度随时间变化特性

为分析石门坎大桥监测点随时间的变化特性,分别选取,监测起点(ZZ1)、第1跨跨中(ZZ5),1号墩顶*(ZZ9),第2跨跨中(ZZ17),2号墩顶(ZZ25),第3跨跨中(ZZ29),监测终点(ZZ33)进行分析。图7~10为石门坎大桥左幅左侧、左幅右侧、右幅左侧、右幅右侧的桥面监测点挠度随时间变化特性图。

由7可知,各监测点挠度出现波动现象,但总体趋势是随时间的增长而增加。ZZ17点,第2跨跨中点挠度最大,从第1次测量到最后1次测量累积挠度值达72.49 mm,经过1992天后增加到151.41,其余监测点的挠度在10~30 mm左右不等。

图8可知,芭茅冲大桥左幅右侧桥面监测点随时间增长桥,跨中挠度逐渐增大,ZY17点的跨中挠度在1992天的时间内,由71.59 mm增加到131.04 mm。

图9可知,监测点竖向位移随时间的增长,总体上呈下降趋势。其中ZZ17点,第2跨跨中点的竖向位移最大,总累积挠度为131.04 mm。对于梁端测点挠度为0.2 mm左右,其余监测点的挠度在2~10 mm左右不等。

图10可知,石门坎大桥右幅左侧桥面各监测点挠度随时间的增长,总体上呈下降趋势。其中YY17点,竖向位移最大累积挠度为144.03 mm。

4. 结论与展望

本文通过对石门坎大桥固定水准点高程,进行3年的监测,计算各测点竖向累计挠度并绘制分析该测点挠度随时间的变化曲线。分析结果表明:石门坎大桥最大下挠部位位于跨中17号测点,桥墩部位挠

Figure 3. Left monitoring results of left bridge

图3. 左幅左侧桥面高程监测结果

Figure 4. Right Monitoring results of the left bridge

图4. 左幅右侧桥面高程监测结果

Figure 5. Left monitoring results of right bridge

图5. 右幅左侧桥面高程监测结果

Figure 6. Right monitoring results of the right bridge

图6. 右幅右侧桥面高程监测结果

Figure 7. Deflection varying with time of monitoring points on the right side of right bridge

图7. 摆鲁坡大桥右幅右侧桥面监测点挠度随时间变化

Figure 8. Deflection varying with time of monitoring points on the right side of left bridge

图8. 石门坎大桥左幅右侧桥面监测点挠度随时间变化

Figure 9. Deflection varying with time of monitoring point on the left side of right bridge

图9. 石门坎大桥右幅左侧桥面监测点挠度随时间变化

Figure 10. Deflection varying with time of right side on the right Shimenkan Bridge

图10. 石门坎大桥右幅右侧桥面监测点挠度随时间变化

度值最小。通过对挠度随时间的变化曲线可知,随着时间的增长,跨中挠度的变化出现了波动现象,但挠度的总体呈增长的趋势,且前期增长速度快,后期增长速度降低。

影响大跨径的长期挠度的因素众多,涉及设计计算、施工、材料、防治技术等一系列环节,其中一些影响因素很复杂且与连续刚构桥相互藕合,一些因素也尚不完全清楚,要全面解决我国大跨径连续刚构桥过大的下挠问题,还有大量艰苦的理论与技术研究工作。

基金项目

贵都高速大跨径连续刚构桥运营监测技术研究项目(2013-ZJLQ-011),国家自然科学基金(51508121),贵州省科技厅基金项目(黔科合LH字[2014]7374,黔科合J字[2015]2063),贵州省高层次人才科研启动基金。

文章引用: 韦仕荣 , 杨 斌 , 陈 闯 , 徐桂弘 , 汪权明 (2018) 贵都高速大跨径连续刚构桥——石门坎大桥长期挠度监测分析。 土木工程, 7, 367-374. doi: 10.12677/HJCE.2018.73042

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