(李坚)桥梁匝道梁板横向位移的原因与分析计算

桥梁匝道梁板横向位移的原因与分析计算

李坚

（浙江省桐庐县交通投资公司桐庐311500）

【摘要】许多早期建造的桥梁，尤其是特大型桥梁，在维修加固中发现，一些桥梁引桥匝道部分梁板存在横向位移，严重时，梁板位移直接导致桥面破损，影响桥体安全。本文针对部分桥梁匝道梁板横向位移的现象，通过理论分析，提出解决方案。本文对今后此类桥梁维修加固工作具有一定的指导意义。

【关键词】桥梁匝道横向位移分析计算

0引言

引桥匝道梁板横向位移问题，本来属于桥梁设计中正常考虑的技术内容，不是什么大问题，但由于设计与使用环境的差异性较大，特别是我国道路行驶车辆超载现象比较普遍，道路和桥梁经常性受到超设计荷载的冲击，导致许多桥梁匝道梁板在使用中或多或少地产生横向位移，个别桥梁梁板位移严重的，甚至挡块被挤推断裂，危及桥梁的使用安全。这在许多八、九十年代修建的桥梁，尤其同时反复受重载荷冲击的桥梁中表现尤为明显。是该类桥梁维修加固施工中会经常遇到的技术问题。

1引桥匝道梁板位移的特点

为说明问题，笔者选取桐庐富春江一桥维修加固工程中遇到的情况进行归类与分析。该桥建成于1991年年底。该桥梁原设计功能是作为联结桐庐县城两岸的城市桥梁为主，兼作国、省道跨江连接桥梁，也是富春江上首座特大型箱梁加简支梁混合型桥梁，其整个使用环境为：

1991年至1996年作为桐庐城市桥梁，兼作320国道和20省道连接桥梁；

1996年至1999年，随着320国道桐庐段一期改建工程的完工，桥梁主要作为320国道跨富春江桥梁，交通量和荷载在这段时间急剧增加，也是该桥梁病害产生最严重的时段；

1999年后，随着320国道桐庐段二期改建完工，该桥梁随即转为城市桥梁，兼作部分20、43省道的联结线作用，交通流量和荷载明显降低；

该桥引桥采用T型简支梁，原支座采用厚2.8厘米板式氯丁橡胶。经过凿去桥面，清理后观察，该桥引桥匝道位移主要存在以下一些现象：

1.1桥梁两端引桥匝道梁板普遍发生横向位移，位移量从内侧道向外侧道逐渐放大，最大横向位移量近10厘米，其中部分桥台侧面混凝土挡块被梁板挤靠碎裂；

1.2板式橡胶支座和梁板错位滑移，导致梁板侧向倾斜，部分梁板单侧直接坐在桥台上，而使梁板失去伸缩调节功能，危及桥梁使用安全；

1.3部分梁板下橡胶支座的剪切破坏；

2引桥匝道梁板位移产生的原因

2.1产生匝道梁板位移的原因是多方面的，最直接的表现就是梁下支座本身的损坏，导致梁板位移的发生；

2.2其次是设计和使用环境的差异性较大。桥梁结构数据都是按照一定的使用前提，选取相应的系数，通过程序计算得出的，计算参数的选取是参照当时条件下正常的使用环境，考虑一定的超前量来确定的。由于改革开放以来，我国经济飞速发展，运输工具的改进和单车载重量的急剧增加，道路和桥梁的超负荷运行现象极其普遍，使用环境远较设计时的额定条件要恶劣；

2.3再就是施工质量的影响。支座与支座平台的平整度和平行度的好坏，梁板挠度过大，使得支座受力不均匀，导致部分支座承受上部结构物的压力而使支座遭到破坏；

2.4另外受设计观念的局限，难以预测到交通单车承载量和交通流量的变化，饱和的交通流量与超载现象的共同作用，使得对桥梁的损害急剧加大；

2.5极限摩擦力过小导致梁板与支座之间产生滑移；

3平面支座的理论计算

板式氯丁橡胶支座，由于橡胶片之间的加劲有阻止橡胶片侧向膨胀的作用，从而显著地提高了橡胶支座的抗压强度和抗压刚度，具有良好的多向调节、抗压减震、耐油和冷热稳定性，此类支座的容许压应力可达１００００Ｋｐａ，目前国内常用的规格为短边a=10、15cm,长边b=15、18、20cm 多种规格,高度h 分别为14cm 、21cm 、28cm 、42cm 四档,内层结构采用0.2cm 钢板+0.5cm 橡胶隔层，两面覆0.25cm 橡胶层。

结合样本桥梁实际，拟继续采用板式橡胶支座，下面垫支钢板进行更换修复。正常的支座参数设计计算分为：支座平面尺寸、厚度的确定、偏转情况以及抗滑稳定性的验算等四个方面。

在进行计算前，先介绍部分参数：

Ej 橡胶支座的弹性模量，以下计算中的单位为Kpa ，一般由厂家根据试验提供，也可以按下式估算：

j E =(530S -418）１００

（３－１）

S 支座平面形状系数，按下式计算：S ＝)

(2b a t ab +（３－２）式中：b a 、支座平面尺寸，单位：ｃｍ；

t 中间层橡胶片厚度，一般为0.5cm;

Gj

橡胶支座的剪切模量，单位为KPa ，对于板式氯丁橡胶可取1100kPa;3.1支座平面尺寸的确定

橡胶支座的平面尺寸ａｂ由橡胶板的抗压强度和梁部或墩台混凝土的局部承压强度来确定，即应满足条件：σ＝

A N ＝b a N ×≦〔σｊ〕（３－３）式中：Ｎ

最大支点反力，包括梁板自重、设计最大静荷载、设计最大动荷载等总和；〔σｊ〕橡胶支座的平均容许压应力，当制作形状系数Ｓ＞８时，〔σｊ〕＝１０Ｍｐａ；

当５≦Ｓ≦８时，〔σｊ〕＝７～９Ｍｐａ；

梁板通过局部承压完成上部结构承重力的传递，尚需满足梁板局部承压强度要求，对于采用橡胶支座的，一般情况下只要满足橡胶支座强度就可。

３．２橡胶支座厚度的确定

对于匝道梁下支座厚度的确定主要取决于梁板的水平纵向位移Δｘ和水平横向位移Δｙ两部分，两部分位移在平面上垂直。水平纵向位移主要是梁的温度变形位移Δｗ和车辆刹车瞬间冲击位移Δｓ，两者为矢量叠加，即：s w x ∆+∆=∆v v v （３－４）

w ∆v ＝21'l t •∆•α（３－５）

式中：α梁板温度纵向变形系数，对混凝土简支梁一般取１１０－５／C 0；

t ∆与标准设计温度的温差值；

'l 梁板纵向计算长度一般取：实际梁长－２１５CM n b a G d P k s ••••Σ••=

∆2v （３－６）式中：k 车辆刹车的轮胎摩擦系数，计算中可取=k ０．３，；

P

为车辆总重量，单位：KN ；Σd 支座橡胶层总厚度，单位：CM

G 动态剪切模量，取１１００ＫＰａ

ｎ即时受力支座数量极限情况下，最大水平纵向综合位移量为：

s w x ∆+∆=∆max （３－７）

前者属于静纵向位移，后者属于动纵向位移。

而横向位移主要是车辆运行过程中的离心力导致的冲击位移（由于梁板横纵向尺寸比很小，横向温度变形假设忽略不计），属于动位移，其值为：

n

b a G R v P y ••••••=∆22

（３－８）式中：P 载重车辆总质量，单位：T

v 行车速度，单位：S

M /R 匝道回转计算半径，单位：M

一般设计书上对车辆离心力产生的冲击位移叙述较少，多采用近似计算的方法进行处理，然而，根据笔者的实地观察，在我国现阶段车辆载重超载普遍的情况下，有必要将此作为一项重要的位移因素进行考虑，尤其是在弯道。

这样，纵横向位移以矢量方式合成总位移。即：y x ∆+∆=∆v v v （３－９）其极限值为：2max 2max max y x ∆+∆=∆（３－１０）

显然，橡胶支座的总厚度Σd （支座橡胶层总厚度）与水平方向的合成位移Δ之间应满足