PC斜拉桥拉压力支座病害分析

黄新明 赖敏芝

(1.湖北交通职业技术学院，湖北武汉 430070；2.湖北交投科技发展有限公司，湖北武汉 430030)



PC斜拉桥拉压力支座病害分析

黄新明 赖敏芝

(1.湖北交通职业技术学院，湖北武汉 430070；2.湖北交投科技发展有限公司，湖北武汉 430030)

以某PC斜拉桥为例，针对其辅助墩上拉压力支座在运营阶段拉力螺杆失效的情况，结合该桥的实测数据对拉压支座的病害进行了分析，并提出了相应的维修建议。

PC斜拉桥拉压支座；失效；病害分析

在设有辅助墩拉压力支座的PC斜拉桥中，拉压力支座起到了改善结构受力状态的关键性作用。一旦辅助墩拉压力支座失效，桥梁结构的边界条件发生改变，将导致斜拉索的索力重分配，使得结构的实际受力状况与设计意图严重不符，影响桥梁的正常使用。本文以某在役PC斜拉桥作为工程背景，结合该桥实测的数据，对其在运营期间拉压力支座拉力螺杆失效原因进行分析，为同类型桥梁提供参考[1]。

1 工程概况

某斜拉桥是一座全长900.5m，主桥为(40+130+388+130+40)m双塔双索面预应力混凝土全漂浮体系斜拉桥，按双向四车道设计，荷载标准为汽车超-20级，挂车-120，于2004年建成通车。主跨采用预应力混凝土肋板梁，边跨支点处主梁采用实体断面[3]。4#过渡墩支座为QZ系列球型支座，允许承压力N=12500kN,允许抗拉力F=1200kN，纵向位移量为±400mm,允许梁端转角0.02rad。9#桥台处支座为QZ系列球型支座，允许承压力N=3000kN,允许抗拉力F=500kN，纵向位移量为±400mm,允许梁端转角0.02rad。主桥桥型布置见图1。采用大型有限元计算分析软件Midas/Civil对该桥进行静力分析，主塔、墩、主梁均采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，全桥离散为866个节点，665个单元。

图1 主桥桥型布置图

2 病害情况

经过多年的运营，由于重载交通量不断增加，在2015年全桥的定期检查中，发现4#辅助墩及9#桥台处拉压力支座拉力螺杆均拉断，且9#桥台下游侧左边螺母拉断，支座丧失抗拉功能[2]，见图2、图3。

图2 4#墩下游侧支座竖向拉杆拉断

图3 9#桥台下游侧支座竖向拉杆拉断，左侧螺母拉断

3 拉压力支座失效原因分析

3.1 索力影响

根据竣工图纸提供的索力数据，成桥索力与设计索力相比整体偏小。边跨：位于4#过渡墩与5#辅助墩、8#辅助墩与9#桥台之间斜拉索成桥索力大部分小于设计索力，索力偏差率在8%以内；位于5#辅助墩与6#主塔、7#主塔与8#辅助墩之间90%斜拉索成桥索力小于设计索力，70%的索力偏差率在10%以上，最大偏差率达到26.55%。中跨：位于6#、7#主塔之间拉索，85%的斜拉索成桥索力小于设计索力，30%的索力偏差率在5%以上，最大偏差率达到13.97%。成桥索力与设计索力的不同引起4#墩与9#桥台处的拉压支座竖向反力与设计不符[4]，当支座附近的斜拉索索力小于设计值时，将会导致该支座所受的拉力超出设计限值，即受拉螺栓存在拉断风险[4]。

3.2 车辆荷载

随着我国经济高速发展，车辆荷载的数量和重量日益增加，超载现象比较明显，由此可能导致结构的实际受力状态远远超过本身设计值以及规范中的允许受力值。为查明原因，检测相关人员在4#墩和9#桥台上、下游侧支座处各布置一块百分表，分别对4#墩和9#桥台支座处主梁位移进行了观测。观测结果如表1所示。

表1 各工况作用下4#墩、9#桥台支座处主梁实测竖向位移及理论计算支座反力

由表1可知，工况3作用下，4#墩上、下游侧支座轻微脱开，此工况下支座产生的附加拉力为176.0kN，工况17、21作用下，4#墩上、下游测支座明显脱开，此工况下支座产生附加拉力为346.0～371.0kN；工况9、11作用下，9号墩上、下游测支座明显脱开，此工况下支座产生的附加拉力为146.0～174.0kN，工况14、17作用下，9号墩上、下游测支座脱开最大达24mm，此工况下支座产生的附加拉力为373.0kN。由此说明，当桥面载荷较大时，会对过渡墩支座产生较大的附加拉力，会导致支座拉杆断裂。

3.3 温度影响

为了解温度变化对支座脱空的影响，检测人员对4#墩和9#桥台上、下游支座处主梁竖向位移进行连续24小时监测，观察温度变化对支座脱空的影响。监测结果如表2、表3所示。

表2 4#墩处连续24小时观测支座处主梁竖向位移-时间变化

表3 9#桥台处连续24小时观测支座处主梁竖向位移-时间变化

由表2、表3可知,支座竖向位移随温度变化而逐渐变化。早上8：00～9：00期间，温度较低，4#墩下游侧支座最大脱空2.3mm，9#桥台下游侧支座最大脱空8.4mm；随着温度的逐渐升高，到下午14：00～16：00期间，4#墩、9#桥台支座脱空值逐渐减小。

由表2可知，在同一时间段，4#墩上游测支座处主梁往下移动，下游侧支座处主梁往上移动，两侧变形不一致。随着温度的减小，4#墩上、下游侧支座处主梁均往上移动，但是上、下游侧主梁变形量不一致，其差值最大为2.44mm；由表3可知，随着温度的减小，9#桥台上、下游测支座处主梁均往上移动，但是上、下游侧主梁变形量不一致，其差值最大为3.18mm。

3.4 其他原因

鉴于桥梁支座的特殊性，支座产品质量检测仅限于来样抽检，质量鉴定证书代表性不强或与实际受力状况有较大差异。设计阶段对非标准支座的选择也仅限于相关规范和名录，部分结构设计未考虑梁体、支座在外部复杂的荷载状况及应力、应变，在选择支座时根据横向荷载和竖向荷载对支座的结构尺寸进行了内插法选择，但未考虑尺寸缩减后结构的整体安全系数。同时，设计单位为规避指定制定产品或生产厂家而将设计参数模糊化处理，也为支座制造质量缺陷埋下隐患[6]。

4 拉压支座的维修建议

公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)中第1.0.4中指出：支座为可更换部件，设计年限为15年[7]。针对拉压支座可能出现失效问题，提出合理建议，提高支座的使用寿命。

(1)应加强日常检查工作，定期对支座处进行外观检查，必要时可采取自动监测手段对支座处的位移和反力进行监测，实时掌握拉压支座的受力情况，保证拉压支座处于有效状态，延长支座的使用寿命。

(2)桥梁在运营期，一旦发现拉压支座处于失效状态，应对设计和施工原始资料进行审查，并对通车运营阶段车流状况进行分析，采用切实可行方案对拉压支座进行整体更换处理。

1 田仲初，黄莹颖，土博，周琼. 温度荷载对PC斜拉桥拉压支座影响风险识别与分析[J].中外公路，(12)：148-151.

2 中华人民共和国交通部标准. JTG H11-2004，公路桥涵养护规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

3 王成启，陈杏枝，詹建辉.巴东长江公路大桥主梁构造与斜拉索受力分析[J].桥梁建设，2005(1)：29-32.

4 梁勇，杰罗拉提. 公路桥梁大型拉压支座更换施工技术[J].西南公路，2012(3):48-51.5 李宏江，吕建鸣，陈云海，等.PC斜拉桥辅助墩拉力摆断裂后的结构体系恢复[J]. 世界桥梁.2011(1):71-74.

6 刘红宇，李鸿盛，光明.钢桁架拉压支座修复更换研究[J]. 施工技术,2015(17):42-46.

7 中华人民共和国交通部标准. JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S],北京：人民交通出版社，2015.

(责任编辑：谭银元)

Analysis on the Tension Pressure Bearing Disease of PC cable-stayed Bridge

HUANG Xin-ming1，LAI Min-zhi2

(1.Hubei Communications Technical College, Wuhan 430070,China;2. Hubei Jiaotou Limited Company of Science and development, Wuhan 430030,China)

With a PC cable-stayed bridge as the example, focusing on the failure of pulling screw in the operation stage of the auxiliary pier, the essay analyzes the tension pressure bearing disease based on the measured data, and then puts forward some relevant suggestions for maintenance and repairing.

tension-compression bearing of PC cable-stayed bridge；inactivation；disease analysis

2016-04-18

黄新明，男，副教授，工程硕士，主要从事桥梁加固方面的教学和科研工作。

U488

A

1671-8100(2016)03-0021-03