论文总字数：37967字

摘 要

近几十年来，弯梁桥这种典型的桥梁结构形式，被广泛应用于公路桥梁建设。但是随着弯梁桥的批量建设和使用年限的增加，一些典型病害也逐渐引起人们的重视。其中侧移现象尤为突出，由于荷载工况分析不足和支撑条件不合理而导致事故频发。因此，迫切需要对弯梁桥进行侧移成因分析和加固维修方案的研究。本文对一些典型的弯梁桥侧移案例进行介绍分析，总结了弯梁桥产生侧移的主要因素。其中弯梁桥产生侧移的外因是温度荷载、车辆偏心荷载、和冲击荷载；外在因素是支撑体系设计不合理。然后依托工程实例，用Midas对某S型连续梁桥进行有限元建模，建立桥梁上下部结构整体模型，进行原结构上部主梁和桥墩的受力验算，对梁体侧移和某些墩柱倾斜现象，进行成因分析，并对侧移后的受力影响进行计算分析。最后，本文介绍总结了一些典型的弯梁桥常用的加固和限位措施，并根据本桥的实际受力情况进行初步处置对策研究以及绘制加固方案。

关键词：弯梁桥；侧向位移；受力性能；桥梁评估；加固措施

AN S-SHAPED CONTINOUS CURVED GIRDER BRIDGE LATERAL CAUSES AND MECHANICAL PERFORMANCE ANALYSIS AND DISPOSAL COUNTRERMEASURES

Abstract

In recent decades, the curved girder bridge, a typical bridge structure form, is widely used in highway bridge construction. But the more curved girder bridges are being into construction and the longer they are being into use，some typical diseases are arousing public attention. The lateral phenomenon is particularly prominent, because of a shortage of load condition analysis and the irrationality of supporting condition and thus leads to frequent accidents. Therefore it is necessary to analysis the cause of lateral movement and the research of maintenance scheme of reinforcement. In this paper, there is some introduction and analysis of typical cases of curved girder bridge lateral and summed up the main factors of lateral curved girder bridge. The external cause of lateral curved girder bridge is: vehicle eccentric load, temperature load and impact load. The external factor is: the irrationality of supporting system design. Then relying on a practical project example, build an finite element model of a S type continuous girder bridge with Midas civil. The overall model, contains the structure of the top and bottom bridge. The stress check calculation involves the stress of upper girder and pier. Then, analysis the cause of tilted abutment and girder and analysis its force infection. Finally, the paper summarizes some commonly used typical curved girder bridge reinforcement, and according to the actual stress distribution of the S bridge. According to the actual stress profile of the bridge, research preliminary disposal countermeasures and draw reinforcement scheme.

Key words: curved girder bridge; Lateral displacement.; Mechanical performance; Bridge assessment; Reinforcement measures

第一章 绪论 8

1.1 概述 8

1.1.1 弯梁桥的发展 8

1.1.2弯梁桥在国内外的发展研究现状:^[1] 8

1.2弯梁桥的受力特点 10

1.3国内弯梁桥病害 11

1.4本文研究主要内容 14

第二章弯梁桥的侧向位移问题 15

2.1弯梁桥的侧向位移成因 15

2.2影响弯梁桥侧向位移大小的相关因素^[3] 15

第三章 连续弯梁桥的分析方法 17

3.1弯梁桥的计算理论的选取 17

3.1.1解析法 17

3.1.2数值分析法 17

3.2弯梁桥建模方法及要点 18

3.2.1建模方法 18

3.2.2分析模型的其他说明 18

3.2.3桥梁基桩的模拟 18

第四章 弯梁桥实例受力性能分析 19

4.1桥梁整体情况概述 19

4.2Midas程序建模 21

4.2.1建模方法 21

4.2.2有限元分析中考虑的参数 22

4.3 承载能力极限状态验算 31

4.3.1正截面承载能力验算： 31

4.3.2斜截面抗剪验算： 32

4.3.2正常使用极限状态验算 36

4.3.3桥墩的验算 40

4.3.4桥墩侧移成因及裂缝成因讨论：^[6] 42

第五章 桥梁的维修加固 48

5.1桥梁的加固原则及注意事项 48

5.1.1桥梁的加固原则 48

5.1.2桥梁加固中注意事项 48

5.2常用加固方法 49

5.2.1 上部结构加固 49

5.3弯梁桥的加固^[9] 50

5.4侧向限位措施 51

第六章 实例桥梁评价及加固方案研究 53

6.1本例弯桥梁病害概况 53

6.2墩柱加固方案 53

6.3加固方案下梁体及墩身的内力 55

第七章 总结 59

致谢： 59

参考文献 60

第一章 绪论

1.1 概述

1.1.1 弯梁桥的发展

近年来 ，随着交通行业的飞速发展，弯梁桥在实际工程中的应用也越来越多。现代公路在满足设计规范的基础上，对于美观性上的要求越来越高，要求线形能够与周围环境相协调，能够给行车带来舒适及愉悦 的享受。在高等级公路的建设中，弯梁桥就能够以一种流线型的方式来连接两条道路，具有平顺流畅，简洁明朗，占地较少，建筑高度相对较小，桥下净空大你，线形美观，造价较低等优点。因此，弯梁桥在如今的高速公路桥梁建设中得到了越来越广泛的应用。

弯梁桥在一般可以分为钢筋混凝土梁，全钢梁，钢混组合梁这几种形式。我国主要采用的是预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构。一般而言，弯梁桥的截面通常采用闭口箱型结构，这种结构一般具有较大的刚度，抗扭抗弯能力较强，稳定性较好，具有较好的受力性能，外形美观。

1.1.2弯梁桥在国内外的发展研究现状:^[1]

在20世纪30年代左右，桥梁专家和工程师们就已经开始对弯梁桥进行了一些理论分析和研究。最开始的经过验算的现代弯梁桥是一座德国的钢桁架铁路桥。钢筋混凝土的大量发展为混凝土弯梁桥的发展提供了契机。

七八十年代以后，国际上建设了大量连续弯梁桥。典型的有在1974年建成的瑞士的Caillon桥，76年的法国的让纳威利艾桥，82年的加拿大的Bow River大桥，85年的美国建成的Linn Cove Viaduet桥，87年的日本青森大桥等等等等。这些桥梁的建成对于弯梁桥的大规模发展提供了可供借鉴的工程实例。

我们国家对于弯梁桥的研究相较于国际上较晚，但是由于我国经济的快速发展，对于交通建设的迫切，所以对于弯梁桥的建设需求十分旺盛，在80年代以后在城市立交，高架，高速公路中建设了大量的弯梁桥，吸收了国外学者对于弯梁桥的研究成果，运用到我国的工程实例中，建设出了很多十分具有代表性的弯梁桥，如北京四环路上的立交群桥,上海南浦大桥引桥图,南京双桥门立交桥图等。

图1.1上海南浦大桥

图1.2南京双桥门立交桥

尽管我国这些年来建设了许多的弯梁桥，也在弯梁桥的研究理论上取得了一些成果，但是和发达国家相比，还是存在着不少的问题，特别是大跨径弯梁桥上，我们需要在施工方法和施工监控上还需要积累一定的经验。在城市立交上和高速公路上的弯梁桥，在服役之后，暴露出来很多的问题，诸如:固结墩开裂,墩柱内侧横向开裂,梁体横向爬移,梁体扭转过大等等。这些问题的产生主要是由于对于弯梁桥的受力特点认识不清晰所导致的，对于影响弯梁桥的变形因素认识不够全面。对于限位措施，支撑形式等因素的考虑不周全也对弯梁桥的病害的产生提供了可能。

目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加，应用已非常普遍。尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛。目前出现了很多小半径的曲线梁桥，特别是匝道桥梁更是如此。此类桥梁具有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难。

1.2弯梁桥的受力特点

（1）弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩（图1.3和图1.4），并且互相影响，使梁截面处于弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多。

（2）弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩（图1.5）；

（3）由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显；

（4）弯桥的支点反力与直线桥相比，有曲线外侧变大，内侧变小的倾向，内侧甚至可能产生负反力，出现梁体与支座的脱空的现象；

（5）因内、外侧反力的不同，也会使各墩柱所受竖向力出现较大差异。下部结构除了承受移动荷载制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还承受离心力产生的径向力等。

图1.3 弯桥的弯矩

图1.4弯桥的扭矩

图1.5 弯桥的横向弯矩

根据以上受力特点，对于弯桥，在结构设计中，应对其进行全面的整体的空间受力计算分析，只采用横向分布等简化计算方法，不能满足设计要求。必须对纵向弯曲、扭转作用下，结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。为了减少上述效应的影响，可以采取一些相应的措施：桥跨中间设置一些横隔板，提高桥梁的稳定性；设置偏心支座等等，尽可能改善弯梁的受扭状态。

1.3国内弯梁桥病害

由于弯梁桥在一些方面独特的优点，使得其在国内获得了较为快速的发展。这种特殊的形式在给其带来优点的同时同样也带来了一些难以避免的缺陷。例如在弯梁桥中我们普遍采用独柱墩的形式。这种独柱墩的形式确实能够带来更大 的桥下净空和空间，但是弯梁桥的受弯受扭性能却难以得到保证。在汽车荷载的重复作用下，梁体受到弯扭复合作用，在这种情况下会导致外侧支座支反力较大，而内部支座支反力减小。严重的情况下内侧支座会出现负反力，进而导致支座脱空，在不加处理的情况下会发生梁体倾覆的严重事故。

图1.6为深圳某立交桥A匝道第3联突然向外侧整体位移的事故照片，最大侧位移达47cm。

图1.6 深圳某立交桥向外侧整体位移事故

图1.7深圳金田立交

图1.7为深圳市金田立交1#桥，该桥为一座三跨曲线连续梁桥，曲率半径52m，桥宽10m，主梁断面为单箱单室。桥梁两侧桥墩处采用双板式橡胶支座作为抗扭支座，支座尺寸为35cmx60cmx5.6cm。

主要病害：

1）该桥内侧支座脱空，抗扭墩盖梁出现竖向裂缝；

2）通过对该桥的中间桥墩（9#墩）的径向与切向位移随温度变化的观测，发现随着温度从22.8度升高到30.2度时，曲线径向变位为20mm，而温度从30下降到22.8度时，曲线径向变位仅恢复了6mm。这种不利的径向累积变形引起了该桥的事故。

图1.8和1.9所示为南京城市快速内环西线南延工程（纬八路-绕城公路）高架桥 事故（2010年11月26日晚上）根据现场照片可以推断，该桥应该正在施工外侧防撞护栏时发生了向外侧倾覆事故。施工顺序、措施不当导致钢曲线梁倾覆。

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