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[热门文章] 针对独柱墩桥梁抗倾覆检测评估及养护的思考

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Nino 发表于 2022-11-18 10:52:59 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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本帖最后由 Nino 于 2022-11-18 10:54 编辑

10月10日18时10分许,江苏省无锡市312国道K135处、锡港路上跨桥发生桥面侧翻事故。侧翻桥面上共有5辆车(其中3辆小车、2辆卡车),桥下共有3辆小车被压。事故造成3人死亡,2人受伤。这种因独柱墩发生桥梁上部结构倾覆的事故,已不是第一次,2007.10.23包头市民族东路高架桥坍塌、2009.07.15津晋高速公路匝道桥坍塌、2011.02.21上虞春晖立交桥坍塌、2012.08.24哈尔滨阳明滩大桥引桥坍塌、2015.06.19广东河源粤赣高速匝道坍塌、2017.04.14杭州萧山高架桥坍塌,此类事故的接连发生,给我们桥梁从业者敲响了警钟,也让对其原因做了讨论和深思。

对于我国近年出现的一些因独柱墩发生桥梁上部结构倾覆的事故的原因,各种声音均有,超载、设计、施工、管理等等,作为桥梁养护工作者,我们想从桥梁检查、监测、加固措施等技术手段,来思考如何进行独柱墩抗倾覆评估,降低这类事件的发生概率。

独柱墩抗倾覆评估总体思路及工作内容

目前国内外的桥梁规范中,就偏载作用下结构侧向倾覆失稳问题均没有明确的定义和要求,虽然与此类问题相关的要求均有表述,但不尽相同。

中国公路桥梁规范和铁路桥梁规范均引入了按照刚体计算的抗倾覆稳定系数,公路桥梁规范中考虑密集55t车列的工况,将安全系数定为2.5;美国桥梁规范明确了多向活动支座的最小竖向力不应小于其承载能力的20%,这与中国铁路桥梁规范中板式橡胶支座的要求基本相同,但前者更为全面;日本桥梁规范中在计算支座负反力时活载效应取用2倍的系数。本文结合国内现有设计、养护等相关规范及独柱墩桥梁受力特点,提出以下工作思路及内容。

首先通过资料搜集对独柱墩桥梁进行排查,对独柱墩桥梁进行确认;其次对独柱墩桥梁进行特殊检查及桥梁监测,对影响桥梁抗倾覆的构件应进行重点检查,同时设置桥梁过桥称重系统和桥梁倾覆监测系统;然后结合现场检查资料对独柱墩桥梁进行安全评估,评估的手段主要有抗倾覆验算以及荷载试验;最后,对通过评估的桥梁进行正常养护,对评估不通过的桥梁应进行加固处置,同时对加固后的桥梁进行再次评估。

具体评估流程如下图。

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独柱墩抗倾覆评估总体思路及工作内容




特殊检查

- 交 通 量 调 查 分 析 -

由于导致独柱墩倾覆的原因大部分为车辆超载,那么对掌握超载车辆轴载等信息尤为重要。主要可通过对称重系统、现场实地调查等方式获得。主要方式有:

1.采用随机抽样方法调查该路段典型重载、轴载车辆的有关技术参数,如:轴数、轴矩、轮胎尺寸(接地面积)、轮压、轴重等。

2.按不同车辆类型分类,采用人工统计日交通量情况,特别是重载车辆的流量。

3.采用动态称重设备(WIM)调查双向行车道上实际通过的轴次和轴重,特别是重载轴载。


- 防 落 梁 装 置 现 状 调 查 -

防落梁装置可以防止在桥梁偏载时桥梁上部结构的下落,避免偏载对桥梁结构带来的损害。落梁破损是独柱墩桥梁倾覆的主要表现形式,所以对独柱墩桥梁防落梁装置的调查非常有必要。防落梁装置的主要形式有抗拉支座、抗拉力装置、限制主梁径向位移装置、桥梁挡块等。防落梁装置现状调查的方式主要有查阅施工图设计文件、竣工文件并结合现场人工检查来进行。

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桥梁挡块

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桥梁防落梁装置

- 桥 墩:垂 直 度 检 查 、裂 缝 检 查 等 -

墩身在竣工初一般垂直度均能得到保证,但当梁体有发生倾覆或扭转迹象时,墩身也将倾斜,尤其是在墩身刚度较小的情况下。墩柱的倾斜往往会伴随着并发症,例如支座偏压及滑移、主梁滑移、墩柱根部有规律的环向裂缝等。墩身垂直度的调查,以墩顶相对与墩底的倾斜量为准。偏移方向即墩顶倾斜方向,对于弯桥墩身偏向以曲线内、外侧为准。对于直桥墩身偏向以左、右侧为准。通过全站仪测量进行实际测量。墩身水平限值根据规范为小于(L/3000)mm且小于30mm(L即墩身高度)。

垂直度的测量方法主要有:垂线法、坐标法、平距法、形心法等。

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形心法示意图


-支座检查:支座数量与间距、组件与功能、脱空、滑移、转角等检查-

对上部结构较轻,桥面较宽且悬臂较长的箱梁,支点处设小间距双支座独柱墩(花瓶墩)。连续梁在支点处横桥向采用两个或多个支座,这种支承方式虽可以提高主梁的抗扭性能和横向稳定性,但由于上部结构自重轻,支座间距小,结构在桥面汽车偏载作用下,支座仍然可能出现负反力。从交通现状来看,目前国内部分地区的重车辆普遍存在超载现象,个别车辆超载甚至达到200%~300%,若遇上堵车情况,大量重车停留在外侧车道时,上部主梁便易发生“倒扣式”整体倾覆。

支座的偏移量检查作为梁与墩的结合点,支座的性能对结构受力起着重要的作用,尤其适用于独柱墩桥梁的单支座结构。现场在对支座组件的缺损、锈蚀情况的调查的基础上,着重观测支座的横桥向与纵桥向的偏移量以及转角。检查结构与支座偏移、转角设计限值作比较。支座横、纵向偏移值以及转角的设计值以实际采用支座型号参数为准。

对多跨预应力连续箱梁,中支点设多个单支座独柱墩。由于独柱墩中间支点抗扭能力弱,当桥面汽车荷载按横向最不利偏载位置布置时,主梁的扭矩和扭转变形是不容忽视的。由于扭矩传递到梁端时,会造成端部各支座受力分布严重不均,甚至会导致支座出现负反力,发生支座脱空或梁体倾覆。

支座的检查主要采用人工目测结合游标卡尺、水平尺等工具进行检测。

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游标卡尺检查支座线位移

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水平尺检查支座角位移


-梁体检查:横向线形、滑移、裂缝等检查-

梁体的横向滑移在弯桥、独柱墩桥中表现的尤其明显。梁体以一联为整体,在偏载、离心力等作用下向一侧“爬移”。竣工初,梁端的左右两侧挡块相距梁体的空隙距离无较大偏差。实际检查中,以此偏差值作为梁体“爬移”梁的依据。梁端的偏移值,以梁端距离两侧挡块的空隙宽度的差值为准;偏移方向即梁体横向偏移方向,对于匝道弯桥梁体偏向以曲线内、外侧为准。对于直桥梁体偏向以左、右侧为准。

对于墩梁固结独柱墩。采用独柱墩与梁固结的方式,墩柱可承担一部分主梁扭矩,对主梁的扭转变形有一定约束。但因墩梁固结,桥墩参与上部结构弯矩和扭矩分配,特别是在墩柱较矮的情况下,墩柱刚度较大而分配较大的内力,其截面承载力难于满足要求,若设计时忽略此影响,在超载车辆、结构收缩徐变和温度荷载作用下,结构通常会在墩梁固结处出现宽度超过规范限制的裂缝,影响结构耐久性。

大曲率、较大跨径的曲线梁桥中,主梁组合最大扭矩值有时可达纵向最大弯矩值的50%以上,若结构设计时未考虑此扭矩的影响,后期营运时会导致主梁开裂的病害,裂缝走向与通常抗扭裂缝一致。

梁体的横向线形、滑移、裂缝等检查可采用人工目测结合水准仪、游标卡尺、钢尺、裂缝宽度仪等进行检查。

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梁体滑移检查

- 桥 梁 过 桥 称 重 系 统 -

桥梁过桥称重系统一般可采用车辆动态称重系统,即WIM(Weigh-In-Motion)是指在不停车情况下测量出车辆重量的过程。车辆动态称重技术主要被用于收集交通数据、高速公路收费和提高对超限超载车辆的监督执法等。动态称重系统是由一组传感器和相应的硬件测量设备组成。车辆的动态称重就是使用这些传感器和测量设备一起工作,根据运行中车辆的轮胎对传感器的压力来测量通过车辆的重量、轴数、速度等信息,并且存储、处理和显示这个数据的过程。动态称重主要是通过测量运动中车辆的轮胎对地面的动态压力来计算出车辆静态权重的过程。车辆动态称重系统主要使用在高速公路的集中收费,治理超限超载和路桥保护等应用中。

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车辆动态称重系统(WIM)的组成及工作原理图

- 桥 梁 倾 覆 监 测 系 统 -

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利用智能传感技术、物联网技术和云技术通过在独立墩桥的梁底两侧安装沉降监控传感器,通过两侧传感器之间的高度差对梁体的倾斜进行预警,对倾覆的发生进行警示,减少因桥梁倾覆造成的人民生命财产的重大损失。

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- 抗 倾 覆 荷 载 试 验 -

荷载试验是评估桥梁承载能力最直观的方法,独柱墩桥梁在进行荷载试验时除按常规荷载试验工况进行加载外,还应增加偏载作用下的倾覆工况,分级测试梁体倾斜情况,评估桥梁抗倾覆能力。

- 抗 倾 覆 验 算 -

采用空间分析模型,对主梁、盖梁、桥墩和支座等结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行验算,并对桥梁抗倾覆稳定性进行分析,常用的方法主要有稳定系数法、支座反力法。

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独柱墩桥梁抗倾覆评估验算流程图

加固措施

对抗倾覆评估不通过的独柱墩进行加固。可采用多种加固方法,包括增设盖梁法、增设墩柱法、增大墩柱截面增设支座法、增设拉力装置法、限制主梁径向位移法、采用抗拉支座技术、拉大支座间距等。

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增设盖梁法

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增设墩柱法

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增大墩柱截面增设支座法

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增设拉力装置法


其他方面

以上从安全评估及加固处治方面对既有独柱墩桥梁倾覆危害的解决方案进行了探讨,但仅仅从后期技术角度进行“后天补救”无法根治这种危害,应还要从以下几个方面进行治理:


- 对 超 载 问 题 的 治 理 -

对超载车辆从生产源头进行控制其装载能力;桥梁管理养护部门提出明确的限载标准;治超管理执法部门严格执法确保超限车辆的通行。同时从国家制度层面来考虑对于治超问题进行多部门联动,采取多种管理措施并举实施组合拳才能有效治理超载问题。

- 注 重 桥 梁 的 科 学 管 养 -

桥梁的安全运营需要对桥梁结构的技术状况进行科学准确的评价,并及时根据技术状况等级对桥梁实施科学的管理养护。对桥梁进行科学的管理养护,需要加强桥梁科学化管理养护的制度建设、提升桥梁管理养护管理人员的管理水平、提升一线管理养护人员的技术水平。

-加强桥梁设计、施工以及检测等方面技术研究-

桥梁结构的安全涉及桥梁设计、施工、检测等方面的技术,因此建议相关科研、从业人员根据行业的发展不断进行相关技术研究,并不断完善其相关的标准和规范。

- 加大桥梁安全运营相关监测系统的研究 -

桥梁监测技术也是保证桥梁安全运营的重要技术手段,同时对于桥梁结构的健康监测有正确的认识,其不能“包治百病”,检测和监测都是桥梁健康状况评价的不同技术手段,两者应该相辅相成,相互补充。

转自中交路桥,侵权删

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