Vai镇大桥垮塌原因分析及计算

Vai镇大桥垮塌原因分析及计算

周利杨泽涛

周利杨泽涛重庆对外建设（集团）有限公司重庆市渝北区401120

ThetownofVaibridgecollapsereasonanalysisandcalculation

ZhouLiYangZetao

Chongqingforeignconstruction(Group)LimitedcompanyofChongqingCity,YubeiDistrict401120

VAITOWNBridge是蒙罗维亚市一座重要的桥梁，其上部结构为钢筋混凝土面板与工字钢结合而成的简支梁桥，旧桥共26跨，跨径9-12m，原有桥梁下部结构由两部分组成，第一部分为原有桥梁，其桥墩为IPB260的工字钢，包裹混凝土的打入桩，第二部分为后来加固结构，其桥墩为直径400mm的钢管混凝土桩。（附图1）目前该桥13、14跨已经垮塌，12、15跨倾倒。

图1.典型横断面

1、旧桥调查及分析

调查中我们发现大部分钢结构还是比较完好，特别是5根IPB750的主纵梁基本完好（附图2），但是我们也发现个别地方锈蚀严重（附图3），有的横梁几乎全部锈穿。

图2状况较好的钢结构图3位于伸缩缝下方的钢结构

经过仔细调查发现这些锈蚀严重的钢梁主要位于桥梁伸缩缝处，伸缩缝宽约20mm，该处没有做密封处理，同时也没有特殊防锈处理，因此在这些位置长期受到雨水的侵蚀，然后我们对桥墩进行了调查，发现大部分桥墩工作状态良好，只有个别地方出现了变形，根据钢材发生锈蚀的条件可知，水和空气缺一不可，由此可知桥墩锈蚀最严重的位置应该位于水位变化区域附近，为此我们随机选择一个桥墩，将水位变化区域内的混凝土拨开查看里面的工字钢，检查发现其性能良好（附图3），但是包裹混凝土的末端位置出现了较严重的锈蚀（附图4）。

图4内部完好的墩图5混凝土保护层上方锈蚀严重

另外，周边的居民告诉我们，在桥梁坍塌的当天还有卡车经过。

根据以上调查以及现场坍塌部分的状况，承包商认为该桥坍塌的原因很可能是位于桥梁左侧伸缩缝下方的IPB300横梁在雨水长期作用下发生严重锈蚀，最终失去承载力，然后桥面左侧先倾倒，导致桥墩受力不均，并产生横向剪切力，引起桥墩失稳并坍塌，连带其他部分跟着坍塌，最终形成现在的样子（伸缩缝处的左侧塌陷较深，桥墩向右倾斜并裸露在外）。根据以上分析可知该桥具有一定的承载力，但是否能承受打桩机的施工荷载，则需要进一步的计算。

2、现有桥梁承载力的计算

为了确定现有桥梁是否能作为承包商的施工平台，承包商采用有限元软件Midas进行计算，其中建模的参数如下：

1）荷载的确定：

桥面板的荷载按最大跨径（12.5×9.14×0.3+12.5×0.25×0.25×2）×2.5=89.6T

主纵梁IPB7505根9.57T

上横梁IPB3001根0.83T

横载合计：100T

打桩机自重35T

打桩机施工荷载系数：1.3（厂家提供）

安全系数：1.3（根据AASHTO）

施工荷载为35×1.3×1.3=59.15T≈60T

荷载总计：160T

荷载类型：集中力

荷载位置：为了保证安全，且接近实际状况，我们将荷载平均分布在5个纵梁作用位置处见图6；

2）边界条件

横梁与桥墩之间为弹性连接，桥墩与地面为刚性连接。

3）计算结果（附图6），

图6计算结果

从图中计算结果可知：

①该桥梁的主要承重结构为原有桥墩；

②如果原有结构良好，完全可以承受住打桩机的施工荷载

3、现有桥梁的加固

根据以上调查和计算可知，利用现有桥梁作为承包商的施工平台是可行的，但是需要对局部部位进行修复加固，加固完成后再进行静载试验，全面保证安全。加固方案如下：

1）上纵梁端部锈蚀严重的需在腹板两端加焊1道竖向劲板，范围较大的需加焊2道劲板。见附图7。

2）上横梁中部锈蚀严重可置换1根梁，如无法置换可增加横梁；如果中部锈蚀不严重端部严重的可焊加劲板；如果锈蚀特别严重且原加固桥墩已无法承载，在原墩上加焊牛腿，增加两根上横梁；见附图7。

3）下纵梁锈蚀严重且原加固桥墩下横梁仍可工作，可增加1根下纵梁；如果下横梁无法工作还需对下横梁进行处理；附图8。

4）原旧桥墩作为主要受力桥墩如果锈蚀严重或不很严重，在锈蚀部位处加焊16号槽钢和10mm厚钢板加固；附图8。

5）上横梁、下纵梁锈蚀严重但原加固桥墩下横梁较好的可直接在下横梁上加支墩支撑各纵梁。适当加固原桥墩和上横梁即可。见附图9。

4、静载试验

为了检验以上结果的正确性，承包商对其中锈蚀较为严重的一跨做了静载试验，分三次加载，每次加载20吨，然后静放一天，并观察桥梁的变化，实际证明桥的变形在允许变形范围内，（变形观察记录表）因此利用旧桥作为新桥施工平台的方案是可行的。