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9度強震區海文大橋鋼-STC簡支梁橋面連續構造研究

發布時間:2019-10-09

  近日,海南海文大橋(原名鋪前大橋)順利建成通車。該橋主橋為230m+230m 單塔雙索面鋼箱梁斜拉橋,跨斷裂帶引橋為57~60m跨徑不等的多跨簡支鋼箱梁結構。為解決鋼橋面運營階段疲勞開裂及鋪裝層易頻繁破損的世界性難題,全橋鋼橋面均鋪設超高韌性混凝土(STC)。該橋由中交第二公路勘察設計研究院有限公司設計,中交二航局施工,其中鋼箱梁和STC分別由上海振華重工和廣東冠生施工。

 

   海南海文大橋是中國首座跨越地震活動斷層的特大型跨海橋梁,也是迄今為止國內抗震設防烈度最高的獨立跨海橋梁工程。橋梁跨越地震活動斷裂帶,為最大限度的降低震害風險,同時為提升日常行車的平順性與舒適性,引橋部分鋼箱梁結構取消伸縮縫,采用簡支橋面連續構造(如圖1)。



圖1 簡支鋼箱梁橋面連續結構現場施工圖

 

  處于強震區的簡支梁橋面連續構造需同時滿足兩方面的要求:

(1)正常使用條件下STC不開裂。

(2)極端強震作用下,橋面連續構造率先損壞,箱梁主體結構完好,便于快速修復。

  為達到上述目的,在海南省交通運輸廳的支持下,我司合作團隊湖南大學UHPC橋梁研發團隊與中交第二公路勘察設計研究院有限公司、中咨華科交通建設技術有限公司共同研發了原創的鋼-STC簡支梁橋面連續結構,即在相鄰兩鋼箱梁梁端間插入倒T形橋面連續短縱肋,倒T肋置于相鄰U肋之間,使得T肋受力與U肋相互獨立,如圖2,強震作用下縱肋主要由T肋受力,U肋受力將很小,從而保護箱梁主體。




圖2 鋼簡支橋面連續結構效果圖

 

  針對該方案,我司合作團隊設計了1:1足尺模型試件,試件選取肋橫向3個U肋,2個倒T肋,縱向長度3.4m,橫向寬度1.8m,橋面連續處采用M27摩擦型高強螺栓拼接。試驗梁的制作與加載在湖南大學橋梁實驗室進行,如圖3~圖4所示。



圖3 試件制作流程圖


圖4 試件加載圖


    試件承載力達到290t,破壞形態為高強螺栓剪斷,如圖5所示,而此時鋼箱梁主體結構依然處于彈性狀態。根據試驗,STC的名義開裂應力為21.4MPa。

   該橋按公路一級荷載計算,同時計入第一、二體系,STC層最大拉應力為19.7 MPa,滿足正常使用極限狀態的設計要求。



圖5 螺栓斷裂圖

 

   進行了橋面連續簡支梁橋各構件的抗震易損性分析,從太平洋地震工程研究中心(簡稱PEER)中的強震數據庫,選取了110條地震波輸入計算,結果可知:

   對于輕微損傷狀態而言,新型橋面連續結構的損傷概率要比支座的損傷概率小而比橋墩的損傷概率大;而對于中等損傷及嚴重損傷狀態而言,新型橋面連續結構損傷概率要比支座及橋墩的損傷概率小。


結語

(1)從試驗結果來看,試件的破壞模式為螺栓剪斷,U肋未受損,說明橋面連續構造合理,可在強地震下保護主體結構,便于震后快速修復。

(2)簡支橋面連續處的STC在正常使用條件下將不會開裂。

(3)該橋目前通車運行情況良好,相關成果對今后的鋼簡支梁橋的橋面連續技術具有借鑒意義。

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