２０１８年６月第６期 城市道桥与防洪 桥梁结构１０５ ＤＯＩ：１０．１６７９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｉｈ．２０１８．０６．０３０ 济南黄河二桥引桥滑移原因分析评估 陈山山 （上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海市２０１１０８） 摘要：随着经济和社会的发展，全国各地不少桥梁均出现梁体滑移的问题，因此对梁体滑移的原因分析与修复越来越重 要。结合济南黄河二桥引桥滑移修复工程，采用有限元软件ＭＩＤＡＳ模拟引桥梁体与支座的受力状况，讨论了板式橡胶支座 参数和超重车偏载下桥梁空间受力性能，并通过对支座滑移稳定性分析，得出了造成梁体滑移的主要原因，为该桥梁体修 复提供了重要的理论依据，同时也为其他梁体滑移桥梁的修复提供了一定的参考价值。 关键词：Ｔ梁；滑移；剪切模量；摩擦系数；滑移稳定 中图分类号：Ｕ４４５．７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１８）０６—０１０５—０５ Ｏ引言 主要滑移梁体有三联：大桥南侧的第２１联向 桥台方向下滑；大桥北侧的第１９联向桥台方向下 随着国民经济的发展，全国各地不少桥梁相 滑；第１８联也向桥台方向下滑。 继发生了梁体滑移现象，尤其各交通干线上的桥 梁，需要找出造成梁体滑移的原因，为梁体修复提 ２梁体滑移原因分析评估 － 供理论依据。 ２．１板式橡胶支座参数 １工程概况 板式橡胶支座是由多层薄橡胶片与刚性加劲 材料黏结而成，桥梁上常用的橡胶支座每层橡胶 济南黄河二桥桥梁总长５ ７５０ ＩＴＩ，由主桥及 片厚５ ｍｍ，橡胶片间嵌入２ ｍｍ厚的薄钢板。由于 南、北引桥和引道组成。半幅桥的上部构造为７片 钢板的加劲，阻止橡胶片的侧向膨胀，从而提高了 预制Ｔ梁。设计荷载：汽一超２０，挂一１２０；桥面净 橡胶片的抗压能力。 宽３５．５ Ｉｎ。 橡胶支座是一种比较理想的桥梁支座，它是 经初步勘察，发现济南黄河二桥南、北引桥部 靠橡胶层的剪切变形和不均匀压缩来满足支座位 分梁体发生整体滑移，滑移示意如图１所示。该桥 移和转动的需要。 是沿线区域的主要交通通道，作为连接济南绕城 济南黄河二桥采用的是矩形板式橡胶支座和 高速公路的大型桥梁，对于地区经济发展具有重 四氟滑板式橡胶支座，其中板式橡胶支座尺寸为 要意义。因此对济南黄河二桥梁体滑移进行深入 ３００ｍｍ×５００ｍｍ×７８ｍｍ，滑动支座尺寸为３００ｍｍＸ 调查和评估，及时发现缺陷并排除安全隐患。 ５００ ｍｍ ｘ ８０ ｍｍ。其主要参数见表１。 ２．２超重车偏载下桥梁空间受力性能分析 Ｔ梁桥是由纵梁和横梁组成的空间受力体系， 在偏载情况下，桥梁一侧支座可能会出现脱空现 象，而作用荷载一侧可能会出现支座压应力过大 的情况，进而可能引起桥梁滑动移位，需要对偏载 工况进行验算。 ２．２．１有限元模型 图１ ｇｌ桥结构布局及梁体滑移示意图 利用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ ８Ｉ３．２建立超重车偏载有限 收稿日期：２０１８—０１—０９ 元模型。 作者简介：陈山山（１９８５一），男，安徽蚌埠人，工程师，从事桥 梁设计工作。 建立单幅一孔３５ １ＴＩ Ｔ梁进行偏载作用下支反 １０６桥梁结构 表１黄河二桥板式橡胶支座主要参数表 城市道桥与防洪 ２．２．５支座滑移稳定计算 ２０１８年６月第６期 规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范）（ＪＴＧ Ｄ６２－－２００４）第８．４．３条规定： 计入汽车制动力时， Ａ ≥１．４Ｇ Ａ ＋ （１） 支 度 ＡＬ／ｍｍ 翟 式中： 为结构自重标准值和０．５倍汽车荷载标 准值引起的支座反力。 支座的抗滑力为 支座的滑动力为１．４倍 水平温度力＋水平制动力。根据《公路桥涵设计通 ７８ ２９．０ ４０．６ ８Ｏ １ＯＯ 力验算，主梁、横隔板、桥面板均采用板单元模拟， 板单元厚度与实际结构一致。 ２．２＿２车辆荷载标准与制动力 针对近些年，车辆超载现象严重，车辆偏载荷 载采用标准车辆和特种车辆两种荷载。标准车辆 荷载按规范《城市桥梁设计规范》（ＣＪＪ １ １—２０１ １）， 城一Ａ级标准载重汽车采用五轴式货车加载，总重 ７０ ｔ。特种车辆荷载按规范《城市桥梁设计规范》， 采用特一１６０特种平板挂车加载，总重１６０ ｔ。 汽车制动力按照《公路桥涵设计通用规范》 （ＪＴＧ Ｄ６０－－２００４）第４．３．６条取值。标准车辆作用 下，一个车道制动力取单车道车辆荷载的１０％和 １６５ ｋＮ的较大值。特一１６０车辆作用下，制动力取 计算范围内车辆荷载的１０％。 ２．２．３汽车荷载加载工况 工况１：７０ ｔ标准车辆单车道偏载。 工况２：７０ ｔ标准车辆双车道偏载。 工况３：特一１６０车辆单道偏载。 工况４：特一１６０车辆双道偏载。 ２＿２．４计算结果 经计算得出各支座反力见表２。 表２支座反力统计表 用规范》，本节计算摩擦系数 取０．２。抗滑移计算 结果见表３。 表３抗滑移计算表 由计算结果可知，最大支座水平反力为４．９ ｔ （工况４的１～３号支座），滑动力／抗滑力的最大值 为０．３，支座滑移稳定满足规范要求。 各偏载组合工况下，各支座均受压，未出现支 座脱空现象，支座摩阻力约为支座水平反力的３—５ 倍，支座抗滑能力满足要求。所以在支座水平情况 下，单纯偏载不会引起桥梁滑移现象。 ２．３梁体滑移原因分析 根据检测及分析结果，在施工误差和徐变共 同作用下，支座调平钢板的水平度超过规范限值 的比例较高，总体是临河侧高、桥台侧低。 调平钢板过大的倾斜角度使支座偏心受压， 甚至局部脱空，在脱空的相反一侧，又使得支座出 现过大的压应力，该压应力一方面导致板式橡胶 支座的剪变模量增大，另一方面导致支座的摩阻 系数降低。 高应力状态下，板式橡胶支座剪变模量增大， ２０１８年６月第６期 城市道桥与防洪 桥梁结构１０７ 在同样的升降温作用时，该支座承受的水平力也 相应增大，在制动力作用下，剪变模量较大的支座 也会分担更多的水平力。 ∞ 支座不水平，Ｔ梁将上部荷载传递给支座时， 会产生一定的水平分力，该水平分力会使得Ｔ梁 有向下滑动的趋势。 考虑以上诸多不利影响因素，对桥梁支座滑 移进行计算。 ２．３．１有限元模型 本次建立３跨３５ ｍ Ｔ梁模型，模拟第ｌ８联下 游一联桥梁。每个模型共有节点９１２个，板单元 ８４７个，材料为Ｃ５０混凝土，厚度为０．１６ ｍ（Ｔ梁顶 板）、０．１７ ｍ（Ｔ梁腹板标准段）、０．３２ ｍ（Ｔ梁腹板加 厚段）、０．１９ ｍ（横隔板与端横梁厚度）。有限元模型 如图２所示。 璺 －—·一ｅ 曲线 ，ｒ＿ｎ ｎ１Ｒ ｎ ＱＲＱ 掣 ：教 塞 豁 －，＿．－ ／ ２ ４ Ｅ ８ １０ ｌ２ 压应力／ＭＰａ 图３剪切模量与压应力关系图 式中：Ｇ 为剪切弹性模量，ＭＰａ； 为压应力，ＭＰａ。 修正支座水平刚度见表５。 表５支座水平刚度修正表 图２有限元模型 车辆荷载：本联３５ ｍ×３＝１０５ ｍ，共四车道，按 最不利考虑，平面共加载６辆超重车辆。 超重车辆按规范《城市桥梁设计规范》，采用 特一１６０特种平板挂车加载，总重１６０ ｔ。汽车制动 力按规范《公路桥涵设计通用规范》第４．３．６条加 载。 ２．３．２支座模拟 支座刚度按规范《公路桥梁板式橡胶支座》 （ＪＴ，１ｒ ４—２００４）计算。 该模型对应转角超限支座的转角见表４。 表４下游第１８联调平钢板角度超限一览表 墩号 编号 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ２．３．３计算结果 由有限元模型计算出该联桥梁的水平及竖向 支反力见表６。 ２．３．４支座倾角下滑力 －０．８ Ｏ．８ １０８墩 ０．６ ０．８ ０．８ －０．９ －０．７ １０９墩 Ｏ．９ １．２ Ｏ．７ －０．７ 该联桥梁实测支座转角经过统计，超限支座 已接近５０％，且最大转角为３—１号支座的＋１－３。， 已超过规范允许转角的２倍。所以由支座转角引 起的支座反力水平分量也是不可忽略的。 支座倾角下滑力计算简图如图４所示。 支座倾角下滑力计算： ＝根据Ｇ一 曲线川，对角度超限支座剪切弹性模 量进行修正，剪变模量与压应力关系如图３所示。 拟合公式为 Ｇｔ＝０．０１６ ５ ＋０．９６８ （２） Ｆ×ｔａｎ０ （３） 式中： 为支座下滑力，支座反力水平分量；Ｆ为支 座反力；０为实测支座转角角度。 则支座倾角下滑力计算值见表７。 １０８桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１８年６月第６期 表６水平及竖向支反力汇总表 图４支座倾角下滑力计算简图 表７支座倾角下滑力汇总表 计算可见３—１号支座反力水平分量为２．６ ｔ， 已大于温度力产生的水平反力２．１ ｔ。 ２．３．５摩擦系数 由摩擦系数研究曲线『２］可知，随着竖向荷载的 增大，摩擦系数反而减小。 如图５所示，支座压应力在２０～２５ ＭＰａ范围 内，摩擦系数已接近０．１，且呈下降趋势。 Ｏ．３５ ０．３ Ｏ．２５ Ｉ 蔷ｏ．１５ － Ｏ．１ ０．０５ Ｏ １０ ２０ ３０ 压应力／ＭＰａ 图５摩擦系数与压应力的关系 根据本文实测支座转角计算出支座压缩量、 应力，进而得出支座摩擦系数，见表８。 ２．３．６滑移稳定计算 计算同本文２．２．５节。滑动力计入支座倾角下 滑力，抗滑移计算结果见表９。 由表９计算可知，第三排支座，已有５个支座 滑动力大于抗滑力，支座滑移稳定不满足规范要 求。 ３结语 在不考虑支座倾斜角度和高应力对支座剪变 模量影响的情况下，对桥梁进行偏载分析，研究发 现，该桥并不会出现支座脱空现象，支座应力也在 较为正常的范围内，单纯的制动力并不能造成桥 梁的滑移。 ２０１８年６月第６期 城市道桥与防洪 桥梁结构１０９ 表８支座摩擦系数表 支座调平钢板倾斜角度过大，使得支座处于 高应力状态，该支座的剪变模量Ｇ值增大，同时高 应力也使得支座摩阻系数降低，综合考虑以上因 素后，在整体升温和重车制动力作用下，有些支座 滑移不能满足规范要求。经分析，在上述几重不利 因素影响下，支座将会出现滑移。调平钢板不水平 是造成桥梁滑移的主要原因，为后期该桥顶升平 表９抗滑移计算表 移修复提供了理论依据，同时也为其他梁体滑移 桥梁的修复提供了一定的参考价值。 参考文献： ［１】吴刚，王克海，李冲，等．板式橡胶支座摩擦滑移特征性参数分 析［Ｊ】．土木工程学报，２０１４，４７（１）：１０８—１１２． ［２］叶蔚嫦．桥梁板式橡胶支座剪切模量检测方法研究及抗压弹性 模量测试系统刚度分析【Ｄ］．杭州：浙江工业大学，２００５．
