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9度强震区海文大桥钢-STC简支梁桥面连续构造研究

发布时间:2019-10-09

  近日,海南海文大桥(原名铺前大桥)顺利建成通车。该桥主桥为230m+230m 单塔双索面钢箱梁斜拉桥,跨断裂带引桥为57~60m跨径不等的多跨简支钢箱梁结构。为解决钢桥面运营阶段疲劳开裂及铺装层易频繁破损的世界性难题,全桥钢桥面均铺设超高韧性混凝土(STC)。该桥由中交第二公路勘察设计研究院有限公司设计,中交二航局施工,其中钢箱梁和STC分别由上海振华重工和广东冠生施工。

 

   海南海文大桥是中国首座跨越地震活动断层的特大型跨海桥梁,也是迄今为止国内抗震设防烈度最高的独立跨海桥梁工程。桥梁跨越地震活动断裂带,为最大限度的降低震害风险,同时为提升日常行车的平顺性与舒适性,引桥部分钢箱梁结构取消伸缩缝,采用简支桥面连续构造(如图1)。



图1 简支钢箱梁桥面连续结构现场施工图

 

  处于强震区的简支梁桥面连续构造需同时满足两方面的要求:

(1)正常使用条件下STC不开裂。

(2)极端强震作用下,桥面连续构造率先损坏,箱梁主体结构完好,便于快速修复。

  为达到上述目的,在海南省交通运输厅的支持下,我司合作团队湖南大学UHPC桥梁研发团队与中交第二公路勘察设计研究院有限公司、中咨华科交通建设技术有限公司共同研发了原创的钢-STC简支梁桥面连续结构,即在相邻两钢箱梁梁端间插入倒T形桥面连续短纵肋,倒T肋置于相邻U肋之间,使得T肋受力与U肋相互独立,如图2,强震作用下纵肋主要由T肋受力,U肋受力将很小,从而保护箱梁主体。




图2 钢简支桥面连续结构效果图

 

  针对该方案,我司合作团队设计了1:1足尺模型试件,试件选取肋横向3个U肋,2个倒T肋,纵向长度3.4m,横向宽度1.8m,桥面连续处采用M27摩擦型高强螺栓拼接。试验梁的制作与加载在湖南大学桥梁实验室进行,如图3~图4所示。



图3 试件制作流程图


图4 试件加载图


    试件承载力达到290t,破坏形态为高强螺栓剪断,如图5所示,而此时钢箱梁主体结构依然处于弹性状态。根据试验,STC的名义开裂应力为21.4MPa。

   该桥按公路一级荷载计算,同时计入第一、二体系,STC层最大拉应力为19.7 MPa,满足正常使用极限状态的设计要求。



图5 螺栓断裂图

 

   进行了桥面连续简支梁桥各构件的抗震易损性分析,从太平洋地震工程研究中心(简称PEER)中的强震数据库,选取了110条地震波输入计算,结果可知:

   对于轻微损伤状态而言,新型桥面连续结构的损伤概率要比支座的损伤概率小而比桥墩的损伤概率大;而对于中等损伤及严重损伤状态而言,新型桥面连续结构损伤概率要比支座及桥墩的损伤概率小。


结语

(1)从试验结果来看,试件的破坏模式为螺栓剪断,U肋未受损,说明桥面连续构造合理,可在强地震下保护主体结构,便于震后快速修复。

(2)简支桥面连续处的STC在正常使用条件下将不会开裂。

(3)该桥目前通车运行情况良好,相关成果对今后的钢简支梁桥的桥面连续技术具有借鉴意义。

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