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在高速公路桥梁建设过程中,由于受地形、地物、占地面积和景观等影响,其下部墩往往采用独柱支承方式,以减少土地占用、改善下部结构布局、减少桥梁基础与地下建筑位置冲突、增加视野及桥型美观度。在条件受限时,这类桥梁往往成为唯一的选择。
随着独柱墩桥梁的大量应用,一些突出问题逐步显现:独柱墩桥梁发生整体侧向倾覆;对于双悬臂T型桥墩,配筋不足导致悬臂根部盖梁破坏;在横向地震等作用下桥墩被弯剪破坏,整个桥梁倒塌等。在这些形式的破坏中,结构往往无明显征兆,危害极大,造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
武汉新顺畅路桥养护对独柱墩桥梁倾覆原因分析:
虽然独柱墩桥梁的上下部结构受力性能可以满足桥梁设计规范要求,但是由于其桥墩横向支承体系为单支点支承,在偏载作用下,结构的横向抗倾覆非常不稳定,导致桥梁整体抗倾覆稳定性的安全储备不足,在超载车辆偏载通过时,存在桥梁整体侧翻和墩柱被破坏的安全隐患。
独柱墩支承桥梁主要存在以下三方面的安全隐患:
(1)独柱墩桥梁在超载车辆偏心作用及恒载偏心作用下,桥台(或连接墩)双支点位置可能存在支座脱空现象、桥墩单支点位置不能为上部梁体提供横向约束,导致上部梁体变形过大,从而形成机动体系,造成桥梁上部结构突然整体侧翻、倾覆。该类型的破坏形式属于无预兆的脆性破坏,事先无明显预兆,会发生桥塌、车毁人亡的严重事故。
(2)某些桥梁连接墩采用独柱墩+盖梁的构造形式,在超载车辆作用于连接墩位置时,盖梁的弯矩和剪力以及独柱墩的弯矩达到最不利荷载工况,当内力设计值远大于其截面承载力时,连接墩的盖梁或独柱墩会出现承载能力极限状态破坏,从而使上部梁体丧失边界支承条件,形成机动体系而发生梁体整体侧翻倾覆的事故。
(3)独柱墩本身属于偏心受压构件,如果桥墩高度过大或者桥墩墩身回旋半径过小,在超载车辆偏心作用下,经过结构计算分析可知,支座会出现较大的横桥向水平力,可能出现墩柱根部截面弯矩值大于其承载力的不利工况,从而造成桥梁墩柱根部截面的弯剪破坏。
墩柱出现安全事故后,为保证城市交通的及时恢复,应对桥梁进行应急检查和加固改造。尽快恢复正常秩序创造条件.保证城市交通运输的畅通。
应急加固措施
1. 支撑:城市跨线桥墩柱易受车辆撞击,当毁坏严重导致丧失承载能力时,可通过设置钢管支撑或排架支撑,配合顶升设备,快速恢复城市交通。
(1)钢管支撑。钢管支撑的特点是强度和刚度都很大,竖向变形小;占地面积小。对设有承台的墩柱,可视情况将钢管支撑的底座放置在承台上;当无承台或承台面积不够大时,需在钢管支撑底部设置临时扩大基础。用于支撑的钢管可预制成标准化模数式成品,桥梁一-旦需要抢险加固时.能快速施工、拼装。因其强度、刚度大,支撑顶部可直接放置千斤顶进行顶升。因此,同步顶升系统往往配合钢管支撑系统--起使用。
(2)排架支撑。排架的特点是占地大、沉降量大,施工慢,对地基承载力要求不高,比较经济,多采用成品空心钢管预制而成,施工现场拼装,其中满堂碗扣式支架应用最多。支架通过横向支撑提高其稳定性,纵横向间距一般根据承载力要求计算确定。支架地基需简单处理,多采用设置混凝士垫层,上面放置木方的方式来传递荷载。由于要占用-定的桥下空间,所以对桥下交通有一定的影响。
2.增大截面
(1)外包混凝士。外包混凝土是通过增大截面面积和提高配筋率,从而提高墩柱的强度、刚度、稳定性和抗裂性,同时对裂缝起到一定的修补和抑制发展的作用。可根据工程的实际需求,对墩柱进行单侧或多侧的加固。根据不同的加固目的和要求,此技术又可分为加大断面为主的加固,和加配筋为主的加固,或者两者兼备的加固。加大截面为主的加固,为了保证补加混凝土正常工作.亦需适当配置构造钢筋。加固中应将钢筋加以焊接,作好新旧混凝土的结合。
(2)喷射砂浆。喷射砂浆加固是对原有桥墩表面进行处理后,设置致密的钢筋网.采用掺有纤维的高性
能砂浆喷射覆盖,最后用涂料进行外表面保护,实现对桥墩的增大截面加固。这种加固方法可很好地在结合面上传递拉应力和剪应力,使原结构得到一定程度的恢复,能大幅度地提高原有桥墩的承载力。该加固技术具有以下特点:施工便捷;砂浆属无机胶凝材料,抗老化、耐久性好,且与基材的协调性、渗透性好;截面面积和自重增幅较小。
3.钢套管
钢套管加固是将两块半圆钢板置于需加固的墩柱处,焊接竖缝形成套管,用水泥砂浆或混凝土将柱子和套管间的间隙填充。此法对圆截面墩柱加固效果较好,对矩形截面墩柱加固时,宜采用椭圆形钢管加固。钢套管加固法可在基本上不增大构件尺寸的情况下对其进行修复,大幅度地提高截面承载力,增加构件的延性和刚度。此方法还可以有效减小桥墩受意外车辆刮蹭或撞击产生的损伤。
4.纤维增强材料( FRP)
纤维增强材料可分为碳纤维增强材料(CFRP)、玻璃纤维增强材料( GFRP)和芳纶纤维增强材料( AFRP)等。具有极好的比强度和比刚度、耐热耐腐蚀。其中加固混凝土构件应用比较广泛的形式有外贴法和嵌入法。FRP材料自重轻,对不同部位、不同环境下的结构,施工便捷,工期极短,结构外观和尺寸基本没有明显变化,包裹钢筋混疑t:柱能够提高柱子的延性,主要是由于对墩柱进行了约束.提高混凝士的强度.修复加固效果明显。
5.绕丝
绕丝法加固是将需加固的墩柱进行表面处理后,用高强钢丝绳将其缠绕,最后涂抹上粘结材料。此方法利用环箍约束的原理进行墩柱加固,它能显著提高墩柱轴压承载力,有效地约束混凝士侧向变形,使其表现出较好的延性性能,绕丝间距越小效果越好。绕丝加固法具有经济效果好.施工方便,充分发挥原构件强度的优点。同时,存在不适用于较大偏心受压柱,体外绕丝施加预紧力难以达到均匀的缺点。