高墩大跨桥梁施工稳定性分析

发表时间:2016/5/26   来源:《工程建设标准化》2016年2月供稿   作者:张红涛
[导读] (中国公路工程咨询集团有限公司,北京,100024) 稳定性对于高墩大跨桥梁来说,是保持其安全性能的重要因素之一,同时也会影响到桥梁的成本。

(中国公路工程咨询集团有限公司,北京,100024)
 
        【摘  要】稳定性对于高墩大跨桥梁来说,是保持其安全性能的重要因素之一,同时也会影响到桥梁的成本。一般来说,大跨度结构的桥梁越发偏向采用高强材料、建设薄壁化的主梁以及空心桥墩,同时空心桥墩又要求要有足够的柔度,因此在建设当中更要格外注重桥梁的稳定性。
        【关键词】大跨桥梁;稳定性;桥梁失稳;强度

1.桥梁结构的失稳
        桥梁失稳主要有三种,一是结构的整体失稳,二是结构构件的局部失稳,三是个别杆件的失稳。而桥梁的个别构件的失稳造成的桥梁局部失稳如不及时发现与校正,又常常会致使桥梁结构的整体失稳发生。
        桥梁的结构在荷载下会产生两种破坏形式,一是在外荷载的作用下,结构产生的应力不及材料的强度破坏,从而导致这部分结构失稳。二是由于细长、薄壁构件在外荷载作用下出现平衡分支,也叫稳定破坏,在这种情况下,构件即便只受到极小的扰动作用,也会导致结构有十分大的变形现象。因为变形过大,导致结构无法发挥出承重或连接作用。
        1.1平衡分支失稳问题,
        所谓的平衡分支,指的是桥梁的某结构达临界荷载时,结构出现了不同于原有的新平衡状态。当结构的应力状态处于临界状态,外界向临界位形发出任何扰动都可能使其失稳,比如说理想轴心受压直杆。
        1.2强度破坏失稳问题
        实际工程中,结构稳定性问题一般表现在强度破坏问题,这种失稳一般表现为结构的初始状态受力平衡,然后随着荷载增大,在结构应力较大地方发生塑性变形,荷载继续增大,塑性变形也增大,在截面的增长截面刚度大幅降低,这之后的结构的变形速度会加速增加,荷载增加临界荷载时或极限荷载时,结构不论外载是否会继续地增加变形都将以不可逆转的趋势迅速增大,结构破坏。代表是偏心受压直杆。
2.高墩大跨桥梁的结构受力特点和对策
        结构内力主要由两部分组成,施工过程中形成的恒载内力和成桥后的荷载所引起的内力。桥梁建成运行后会有很多的二期恒载,也会受到自然的风荷载。
        2.1高墩对主梁稳定性的影响
        一般来说高墩大跨桥梁的墩、梁和基础固结为一体,一起承受荷载,类似于刚架体系的多次超静定结构。其中为了保持高墩大跨桥梁的稳定性,保护主梁不受到破坏,通过具有足够柔性的高墩协调变形必不可少,它起着抵抗多方荷载、结构以及次生应力产生位移的作用,原理是主梁所受到的柔性高墩的约束力比较小,柔性高墩可以代替支座的功能。同时将顺桥方向的抗弯刚度和两侧的抗扭刚度适度增大,保证桥梁的安全性。这样建成的路面更加的平坦,也更加便利运营养护。



        2.2风荷载对桥梁稳定性的影响
        高墩大跨桥梁的高度和主跨都比较大,无论是对高墩施工还是对主梁悬臂施工时势必会受到风荷载的作用,桥梁建成运营之后也会不断受到风荷载的影响。因此要充分考虑桥梁的抗风稳定性,也就是风荷载的作用。桥梁主要受到脉冲风的动力作用和稳定风的静力作用。动风荷载是结构惯性力,由于风致振动产生。
3.施工中稳定性问题
        高墩大跨桥梁在施工过程的稳定性要考虑两个方面,第一个是高墩大跨连续刚构施工阶段稳定性。双肢薄壁墩一般考虑框架结构的稳定问题,单肢薄壁桥墩结构一般需要考虑压杆稳定问题。为了突破自然环境的限制,现高墩大跨桥梁施工一般摒弃了支架施工的方式,而采用悬臂施工法。这就是需要考虑的二个稳定问题,最大悬臂施工阶段稳定性。
        悬臂施工是将前面建成后的结构作为施工受力体系,然后辅助接下来的施工,循环知道施工完结。主梁如果采用现浇工艺施工的方式叫悬臂现浇,现一般的预应力混凝土连续刚结构桥都是用这种方式,而采用的是预制拼装悬臂施工的话就叫悬臂拼装。对于这个施工过程需要有全面的监控管理,因为在施工过程中,施工荷载会不断变化,主梁的应力以及结构线性也将不断改变,同时也会有结构体系的转换。我们需要控制这些变化值在一定限度内。在进行梁悬臂施工时,需要按照对称规则浇筑两边悬臂梁段,保证高墩的平稳,同时施工材料、机械等最好也好平等地放在悬臂的两边。使两边的荷载尽量相似。
4.稳定性的判定
        在实际工程中,结构承受极限荷载较截面屈服时的荷载一般情况下都要大,因此开始屈服不等于结构被破坏。极限荷载也由此提出。在这个程度的荷载上,结构将被完全破坏。桥梁结构的极限荷载与结构的应力水平有密切的关联但却不是完全等同。
        如何去判别高墩大跨桥梁的稳定性呢,我们可以对平衡状态的构件施加适当的扰动,之后再测定这个结构体系的平衡状态,倘若扰动后结构回到了扰动前的平衡位置当中,则可以判别这个结构体系是稳定的;倘若扰动后的结构体系发生了偏离,停留在了一个新的位置并保持平衡,则这个位置被称作随遇平衡位置;而如果扰动后结构体系偏离了扰动前的位置,在扰动撤销之后,继续偏离,那么这个平衡位置是不稳定的。
        结束语:
        大跨桥梁采用高强材料和薄壁结构已成为普遍的潮流,桥梁能给当地带来新的机会和发展,能够提供便捷和迅速。因此解决修筑大跨桥梁中的稳定问题成为了重中之重。随着地区经济的发展需要,高速公路桥梁的的数量日益增多,大跨桥梁需要出现在一些地形更加复杂的地方比如山区、峡谷等地区,由于地貌的限制,桥梁施工的稳定性也会受的影响,主梁边中跨比不能像普通桥梁的中跨比那样,这给施工增加了不少的难度。这就需要我们改进施工手段,总而言之,保证桥梁在施工阶段的稳定性是十分重要的,唯有结构稳定,才能保证人员的安全,保证其施工质量。
        参考文献:
        [1]孙文晋.高墩大跨连续刚构桥施工监控和稳定性研究[D].武汉理工大学,2011.
        [2]刘益铭.高墩大跨连续刚构不对称浇筑施工受力特点及稳定性分析[D].重庆交通大学,2014.
        [3]王伟;方水平.高墩大跨桥梁施工稳定性分析[J].工业建筑,2010(01).
 

 

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