桥梁加固技术

桥梁加固技术分析PAGE4桥梁加固技术分析1问题的提出1.1工程概况xx线郑州xx大桥，其上部结构由71孔40m上承式钢板梁组成，双线桥墩，上下行桥面线路均为木枕明桥面，为一铆接钢板梁。通过对该桥的实时监测结果表明，提速货车通过桥梁时，桥梁跨中横向振动幅值普遍较大。中等跨度铁路桥梁横向刚度不足、横向振动较大已成为普遍现象。通过理论计算与现场实测，认为铁路上承式钢板梁桥横向振幅过大的主要原因之一是梁体本身的横向刚度不足，当列车以高速通过桥梁时，对桥梁的横向作用力增大，桥梁的横向位移过大。该桥钢材采用16Mnq钢，两片主梁中心矩为2m，每片主梁由高3280mm厚12mm的腹板及宽450mm的翼缘板用12mm×12mm的自动焊缝连接组成工字截面。腹板全长达40.6m。翼缘板采用变截面的，在翼缘截面变化处，在构造上都考虑了使截面均匀过渡。竖向加劲肋用板条做成，成对地布置在腹板的两侧。从支点到跨中以间距为：1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m、1.3m、1.3m、1.4m分布。1.240m上承式钢板梁模型的建立腹板采用截面为3280mm×12mm，长40.6m的板单元模型。y方向按竖向加劲肋布置进行剖分，另外在翼缘截面变化处再进行细分，z方向剖分为3块。上、下翼缘沿y方向采用不同截面的板单元模型。y方向为与腹板连接，剖分形式和腹板相同。考虑到竖向加劲肋的宽度，x方向剖分为4块，1块的宽度为竖向加劲肋的宽度。另外，由于我们把桥面铺装平均到主梁的上翼缘板，故上翼缘不同厚度的板单元的密度不同。下翼缘密度相同，等于整个结构的密度。上、下平纵联采用truss单元，横联也为truss单元，横联、斜撑采用truss单元，每隔4m一对。竖向加劲肋为板单元，厚度为12mm。本模型由板单元(plate)、桁单元(truss)组成。其中共有节点1184个；桁单元包括上屏纵联杆件61，下平纵联杆件46，横联杆件20，共计127；板单元包括腹板222，上、下翼缘592，竖向加劲肋432共计1246。2静力加固方案研究对于线性静态应力分析，我们采用中-活载的换算荷载布置荷载，查中-活载的换算荷载表得：加载长度为40m，跨中的换算荷载为96.1kN/m。根据有限元分析结果确定梁的内力控制截面，控制截面的选择必需有代表性，便于分析和计算。挠度控制截面应布置在结构最大挠度处，应变测点应布置在最不利端面的最大受力纤维上。本例为单跨简支梁，故我们选跨中为控制截面。我们以提高梁体的横向刚度和自振频率为目的，对40m上承钢板梁桥的横向静力加固方案和动力模态进行了较为全面的研究和计算分析。分别对不同的加固方案进行了建模分析，计算出了控制截面处的横向位移、竖向位移、总位移、构件的应力和自振频率等参数，进行分析比较，从而选出合理的加固方案。为了提高钢板梁的横向刚度，进而提高桥梁的横向自振频率，在一定速度下避开共振区，改善桥梁的横向动力特性，一个较有效的措施就是提高上、下平纵联的抗剪变形能力。因此，可以采取措施加强上、下平纵联的连接杆件，用以提高上、下平纵联的抗剪能力，增强钢板梁的横向刚度。2.1加强上平联方案一：将上平联的三角连接形式改为交叉连接形式。2.2加强下平联方案二：在方案一的基础上，将下平联的横联加密。方案三：在方案二的基础上，将下平联的三角连接形式改为交叉连接形式。2.3上平联双倍加固方案四：在方案三的基础上，将上平联的横杆的截面加倍。方案五：在方案四的基础上，将上平联的交叉杆件的截面加倍。2.4下平联双倍加固方案六：在方案五的基础上，将下平联的横杆的截面加倍。方案七：在方案六的基础上，将下平联的交叉杆件的截面加倍。2.5横联双倍加固方案八：在方案七的基础上，将横联的交叉杆件的截面加倍。3加固前后计算结果对比3.1计算结果表3-1各方案位移、内力比较总位移(m)水平位移(m))竖向位移(m))弦杆轴向力(NN/m2)弯矩(N·m//m)MaxMinMaxMin原结构0.041088550.0010993660.040822251.59E+007-2.15E++072258.277-2462.006方案一0.040699640.0011118540.040433243.12E+007-2.19E++072246.588-2490.774方案二0.040555590.0011119320.040299663.12E+007-2.18E++072247.744-2484.228方案三0.040200510.001099650.039955123.11E+007-2.73E++072246.611-2433.994方案四0.039988710.0011002030.039733273.11E+007-2.72E++072240.555-2445.553方案五0.039466830.0011004960.039211312.98E+007-2.72E++072227.688-2450.002方案六0.039244070.0011004040.038988992.97E+007-2.05E++071782.411-2445.117方案七0.038755810.0010998990.038511772.96E+007-2.04E++072227.811-2434.338方案八0.038755810.0011662380.038511872.97E+007-2.04E++072227.9-2595.774图3-1水平位位移图图3-2竖向位移图图图3-3总位移图图3-4一阶频率图图表3-2各方案自振频率比较一阶频率二阶频率三阶频率四阶频率五阶频率原结构3.3236554.3275778.0607338.25717713.170990方案一3.3704994.2566338.0656558.35606612.962440方案二3.3546774.2330777.99768.33627712.89344方案三3.3990114.1762888.1834668.78397712.75955方案四3.3412224.1274558.0641118.61205512.591方案五3.2469774.0087337.8362118.36619912.18166方案六3.2216993.9717997.7252998.33087712.07711方案七3.1802773.8773997.5635888.423411.81744方案八3.1325553.7975117.4576118.32808811.57911表3-3各方案自振频率增幅比较1阶增幅2阶增幅3阶增幅4阶增幅5阶增幅原结构0.00000000.00000000.00000000.00000000.0000000方案一0.0140993-0.01633930.00061100.0119776-0.0158830方案二0.0093333-0.0218837-0.00788320.0095880-0.0210069方案三0.0226774-0.03499600.01522260.0637999-0.0312236方案四0.0052886-0.04622430.00041190.0429778-0.0440029方案五-0.0230071-0.0736676-0.02788540.0132003-0.0751113方案六-0.0306677-0.0822212-0.04166140.0089226-0.0830047方案七-0.0431139-0.1040026-0.06166760.0201332-0.1027764方案八-0.0574497-0.1224484-0.07488220.0085888-0.12088573.2结果分析从表中的计算结果可知，通过增加联结杆件数量来加固钢板梁桥，可使得钢板梁桥的横向自振频率较原结构增加，尤其是方案三，将上、下平纵联的三角形体系都改为交叉体系时，增幅最大。由上表计算出的各种加固方案的自振频率进行分析，经过计算比较认为：(1)强联结系一定程度上能够提高桥梁横向自振频率，上、下平纵联同时加固效果较好。(2)增大水平连接杆件的截面，钢板梁桥的横向自振频率较原结构减小。(3)增大端横联连接杆件的截面，钢板梁桥的横向自振频率较原结构减小。综合静力分析与动力分析的结果，我们选择方案三，即将上、下平纵联的连接形式由三角形改为交叉形式，提高上、下平纵联的抗剪变形能力，增强钢板梁的横向刚度，同时钢板梁的各阶自振频率也较其它加固方案有了显著的提高，说明以上的加固方案及计算方法是可行的，可为旧桥加固和新桥设计提供理论依据。4结论通过对上述各种加固方案进行分析计算,可得出以下结论：(1)通过理论计算得出的加固前原结构横向第一自振频率3.32365Hz与xx线郑州xx大桥实测横向第一自振频率基本吻合,说明由板壳单元、三维梁单元组成的空间结构模型能较真实地反映原结构体系。(2)通过对上平纵联及下平纵联两种加固方案的计算结果分析表明,在提高梁体横向自振频率及横向刚度方面,上平纵联加固优于下平纵联加固。(3)通过比较上、下平纵联横撑、斜撑双倍加固及上、下平纵联斜撑双倍加固两种加固方案对梁体横向自振频率及横向刚度的影响,可知上、下平纵联横撑对梁体横向刚度的提高影响甚微,由于横撑的加入增加了梁体自重,因而横撑加固不能提高