曲线桥梁的病害、成因及措施
2017-02-13
1、曲线梁桥的力学特点
曲线梁桥由于曲率的影响，主梁在承受竖向荷载时必然发生扭转，而扭转作用又导致主梁的挠曲变形。与直线梁桥相比，曲线梁桥由于弯扭耦合作用，使得结构在受力上具有以下的一些特点：
（1）主梁挠曲变形大，弯扭耦合效应明显。曲线梁桥的挠曲变形一般比相同跨径的直线梁桥大，这是因为曲线梁桥的挠曲变形不但来自于弯矩，而且还来自于扭转力矩。在均布荷载作用下，曲线梁桥外边缘的挠曲变形大于内边缘的挠曲变形，而且曲率半径愈小，变形愈严重。
（2）弯矩效用大，曲线梁桥的弯矩一般比相同跨径的直线桥大。
（3）扭矩效应大，在直线梁桥中，只有当荷载偏心时，才会产生扭矩；而在曲线梁桥中，无论荷载偏心与否，都有弯矩和扭矩产生，而且支承处也承受较大的扭矩。曲线梁桥中，总扭矩一般由自由扭转扭矩和约束扭矩组成，自由扭转矩和约束扭矩在总扭矩中所占比例，取决于曲线梁桥的曲率半径及主梁的截面形状。
（4）横梁的重要性，曲线梁桥的横梁是有助于抵抗扭矩、保持全桥稳定的重要构件，因而与一般直线梁桥相比，要求曲线梁桥的横梁刚度较大。
（5）支承反力的特殊性，与直线梁桥相比曲线梁桥的支承反力有外梁大，内梁小的倾向。因此在内梁中有产生负反力的可能，尤其在曲率半径和静荷载较小时，更容易出现负反力。
2、曲线梁桥的常见病害
由于结构受力上的特点，曲线梁桥尤其是小半径曲线梁桥比直线梁桥更容易出现各种病害，在对曲线梁桥病害的调查总结发现，曲线梁桥的常见现象可归纳为以下几种：
（1）梁体出现裂缝，桥墩盖梁出现裂缝。曲线梁桥设置双支座抗扭盖梁，由于支座脱空，另一侧支座受力过大而引起盖梁开裂。
（2）曲线桥出现侧移和转动，桥面横坡及梁轴曲率出现有害变化。梁体结构径向变位不能回复，导致梁体外移量逐年增加，当径向变位累积到一定量后，梁体有脱空、失稳的可能。
（3）支座破坏，由于梁体结构径向变位所产生的剪切作用而变形严重，部分橡胶支座环向开裂失效。此外，在恒载状态下，曲线梁桥梁端内、外侧支座受力不均，内侧面支座可能出现拉力，产生脱空现象；外侧支座剪切变形量过大，也会影响使用寿命。
（4）下部结构破坏。由于预应力的径向力作用，使梁体产生扭转变形，梁体的变形使结构的受力状态与原设计有所不同。按现状运行的话，上部结构的受力性能尚能满足规范要求，但是部分下部结构的设计承载力则明显不足。桩基、立柱和盖梁的受力超过原设计值，从而影响正常使用。
3、病害原因分析
曲线桥梁由于自重和外力荷载作用下会产生扭矩和扭转变形，引起病害主要有梁体纵横向的爬移错位、支座脱空、梁体倾斜等病害。
（1）桥梁下部结构采用独柱支承方式，支承点的位置对梁体的扭转受力有较大影响，支承点的位置不正确会导致梁体扭转变形较大，引起支座脱空、梁体倾斜。
（2）桥台、桥墩的支座形式设置对梁体爬移有较大影响，主要是因为在采用没有水平位移约束的活动支座时，曲线梁在汽车活载的离心力和制动力长期反复作用下，容易产生主梁向曲线外侧及汽车制动力方向的水平错位，一般匝道桥都是单向行驶，所以这种作用力总是朝着固定的方向。当中墩采用圆板支座时，在梁体纵坡的影响下，梁体易产生向下的滑动，这种滑动与汽车制动力一致时就更加剧了主梁的水平错位。
（3）设计时只注意到了梁体的扭矩而忽视了控制它的扭转变形，一根曲线梁虽然扭矩值满足设计要求，但是并不一定达到了其真正的平衡状态，仍然会使梁体产生很大的扭转变形，所以设计时要使支点和跨中载面的扭转角接近相等，同时控制梁体各载面的扭转角和扭矩值，使梁体被调整到最佳平衡状态。
4、对策分析
为了减少桥梁病害的发生，对各种病害都应采取相应的措施：
（1）防止梁体平面转动和扭转的措施
曲线梁桥的自身特点决定了体积中心偏于桥轴线的外弧线，同时产生了向外侧翻转的均匀扭矩，加上车辆行驶时的离心力，它们均与弯梁桥上相邻两支点的连线不处在同一平面内，而是绕该连线发生扭转。最简单的解决方法是将中间独柱墩的支座向外侧设置一定的预偏心，还可以采取一些构造措施加以改善， 如:将梁体的附属结构设置在内弧侧，桥台上内弧侧的支座设计为拉压支座等。
另外，为限制现浇弯梁的侧向移动， 防止运营中出现转动，在匝道桥交界墩及桥台抗震挡块内侧增设四氟板及其固定钢板，并用膨胀螺栓固定。
（2）对钢筋锈蚀处理的措施
对于钢筋锈蚀问题，在修复出现锈蚀的区域时，首先要清除所锈蚀区域的混凝土，然后对钢筋采用喷砂法和超高压水枪进行喷射除锈处理。如果钢筋严重锈蚀，应根据演算结果确定修复部位并增加钢筋数量，以确保钢筋含筋率，然后浇注高强混凝土。当混凝土层较薄无法立模施工时，可以采用喷射混凝土浇注。另外，在经常接触水的表面增加环氧树脂或其他高分子材料作为防水层，也可以达到防锈蚀的效果。
（3）防止裂缝出现的措施
可以通过提高结构的含筋率来预防病害；对于已出现裂缝的桥梁可以采用“ 植筋”技术和在混凝土表面涂抹环氧树脂保护层的方法处置。对于墩台病害，应严格控制超载车辆， 对薄壁墩台应该控制墩台的高度。当桥梁墩台由于基础埋置深度不够，或因施工质量控制不严等原因， 导致墩台开裂破损时， 有时会有贯通裂缝，可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。
参考文献：
[1]尹萍.浅谈曲线梁桥设计中应注意的几个问题[J].科技信息 ，2010，(12)
[2]罗荣凤.立交桥预应力混凝土曲线箱梁支座脱空原因分析[J].建设科技，2006，(13)
[3]罗旭.预应力混凝土连续曲线箱梁布束问题的探讨[J].科技资讯,2006,(35)
[4]张洪军,郝广成,辛晓慧.现浇曲线箱梁支架的设计与施工[J].现代交通技术，2006，(06)
