第一章绪论
1.1 引言
随着经济的发展和综合国力的增强，我国的公路建设取得了辉煌的成就。据《2014年交通运输行业发展统计公报》显示，我国现有公路桥梁 75.71 万座、4257.89 万米，其中特大桥梁 3404 座、610.54 万米，大桥 72979 座、1863.01 万米，中小桥 68.07 万座、1784.34 万米，如图 1.1 所示。如图 1.1 所示，目前在我国所有公路桥梁中，中小跨径桥梁所占比例很大，因此这类桥梁在日常管理和维护中占据了相当多的人力和物力[2]。然而，在管理维护的技术革新上，这对这类常规桥梁的病害及其对策研究几乎无人关注。如中小跨径桥梁上部结构的偏位病害，就是一个在常规桥梁中普遍存在，但又被忽略的问题。与中小跨径直线桥梁相比，中小跨径曲线桥梁由于其复杂的结构特性和边界条件，在荷载作用下，该桥梁上部结构更容易出现偏位病害。调查显示，我国所有中小跨径曲线桥梁上部结构都存在不同程度的桥梁偏位病害[1][2]。桥梁纠偏技术是经济、高效解决中小跨径桥梁偏位问题的重要技术手段之一。与其他桥梁改造方法相比，桥梁纠偏技术具有改造成本低、施工周期短、资源利用率高等优点，具有良好的社会和经济效益。因此，分析桥梁发生横向偏位原因，研究出能有效解决桥梁偏位病害的办法以及预防桥梁横向偏位的构造措施，对减少我国中小跨径桥梁偏位病害，保证桥梁运营过程安全以及增加桥梁使用寿命有重要意义[3]。
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1.2 桥梁偏位安全事故及危害
随着服役年限的增长，桥梁病害已逐步显现，尤其对一些常规桥梁，由于日常关注不够，带病工作问题更加突出，近年来已经有多起与桥梁偏位有关的安全事故。如2007年，包头一座高架桥主梁整体侧翻，2012 年 8 月 24 日的哈尔滨阳明滩大桥匝道引桥上部结构整体坍塌等。该类事故并不是建设质量问题，而是桥梁抗倾覆承载能力不足所引起[4]，如图 1.2 所示。就曲线桥梁而言，秦皇岛市南山立交桥 3B~7B 段位于半径为 199.4m 的平曲线上，其跨径布置为 30m+2×35m+30m，2005 年建成并通车。2010 年，该立交桥 3B~7B 段向外侧发生严重偏转。对事故原因调查分析发现，该曲线桥上部结构受偏载作用时，位于桥梁中部抗震支座拉力过大，造成部分抗震拉杆断裂。边跨处，该桥外侧支反力过大，支座发生较大剪切变形，而内侧支反力过小，甚至出现脱空[5]，如图 1.3 所示。山西阳泉市平定大桥共四联，总长 550m，桥宽 9m。该桥四联均为预应力混凝土现浇连续箱梁，独柱墩结构。该桥跨径布置，第一联、第二联均为 5×26.8m，第三联为4×28.4m，第四联为 6×26.8m。该桥位于 R=160m 至 R=160m 平曲线上。该桥固定支座设置于各联中部，其他均为单向活动支座。经过检测，该桥各联均存在高程偏差、轴线偏位以及支座偏移等病害。其中，第二联的轴线偏位最为突出，第二联始端，即 5#断面主梁内侧偏位 35mm，第二联末端，即 10#断面主梁外侧偏位 90mm。经分析研究后得出如下结论，堆料与地震共同作用使桩基础产生偏位造成了主梁的偏位[6]。
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第二章曲线梁桥偏位成因分析
2.1 概述
梁体发生偏移往往是常规桥梁的一项顽疾，造成梁体偏移的因素经常伴随桥梁全寿命周期反复出现。对于梁体纠偏施工的合理性而言，关键在于能够准确的找出病害诱因所在，并依据问题制定出正确的纠偏方案，进行合理的纠偏施工，只有这样才能保证梁体纠偏的安全施工和今后的使用。因此，本章就曲线梁桥偏位成因展开研究。
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2.2 偏移原因
桥梁偏位原因综合考虑可将其归结为三大类，即：施工前引发原因、施工中引发原因和施工后引发原因。施工前的原因是指设计阶段中出现的一些问题，即选线，支座等设计不合理；施工中的原因主要由施工误差或施工方法的错误造成；施工后的原因是造成梁体偏移的主要原因，主要包括环境（温差等）、交通量（超载及大车流量等）以及偶然事件（船舶撞击或地震等）带来的不利因素。通过对大量文献资料的调查研究，本文将梁体偏移的原因总结如下：
（1）曲线梁桥自有因素
曲线梁桥大量出现偏位现象主要源自它特殊的受力情况，在各种作用的综合效应下（如恒载、车辆作用等）会产生极大地弯扭耦合现象，如图 2.3 所示为扭矩产生图，这就造成曲线梁桥受影响面要大于其他类型的桥梁，而且在温度及收缩徐变等因素的推波助澜下还会产生使变形加倍的效应，经研究发现，曲线梁桥的曲率半径对弯扭耦合作用会有很大影响，曲率半径越小，弯扭耦合作用越严重，梁体在温度等影响因素下越容易发生偏位或其他病害。此外，曲线梁桥不仅存在径向位移影响因素，还存在切向位移影响因素，这就使得它在发生位移时会产生双向位移，双向位移之间又存在相互影响，对产生位移的因素的效果进行放大。再加上我国在曲线梁设计方面也往往存在对平面扭转和约束考虑不足的情况，因此，综合上述各种因素的影响，曲线梁桥不仅极易发生严重的偏位现象，而且在突发因素下（如交通事故或地震等灾害情况下）极易发生梁体脱落等危险事故。
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第三章桥梁顶升纠偏仿真分析..........25
3.1 概述.........25
3.2 模型建立........25
3.2.1 桥梁竖向顶升........25
3.2.2 横向顶推纠偏........26
3.3 控制标准........27
3.4 仿真分析........ 29
3.4.1 顶升模拟......... 29
3.4.2 纠偏模拟......... 32
3.5 不中断交通情况下桥梁顶升分析.......... 38
3.6 小结......... 40
第四章桥梁纠偏施工过程监测.......... 41
4.1 纠偏系统........ 41
4.2 施工过程........ 43
4.2.1 顶升施工......... 43
4.2.2 纠偏施工......... 45
4.3 施工监测........ 46
4.3.0 监测内容......... 46
4.3.1 顶升监测......... 48
4.3.2 纠偏监测......... 49
4.4 监测数据及分析.......... 51
4.5 小结......... 57
第五章预防偏位合理构造措施.......... 58
5.1 概述......... 58
5.2 常见措施........ 58
5.3 改进措施........ 60
5.4 小结......... 61
第五章预防偏位合理构造措施
5.1 概述
对于桥梁偏移现象的研究，不仅要研究造成梁体偏移的原因和纠偏施工与监测过程的方法，还要想办法从根本上解决梁体偏移问题，即预防偏移的措施和纠偏后的防偏措施的研究。引起梁体偏移的因素很多，有汽车的冲击力、温度、不对称堆载、支座设置不合理等，其中大部分因素都是外来因素，很难人为加以控制。最好的办法就是在桥梁自身进行改造。支座是桥梁上下部的唯一接触面，也是偏移发生的平面，因此如何提前预防偏移，支座是我们最应该思考和研究的地方。假设支座和上部梁体底部的摩擦合力为 f，假设各种因素产生的横向作用力合力为 F，是否发生偏移全在于合力 F 与摩擦力 f 的关系：若 F<f；则不会发生偏移，梁体保持原来位置；若 F≥f；则梁体会发生偏移，且越偏移，越容易再次发生偏移。此时，必须采取措施进行制止或纠偏。对于设置梁体预防偏移的设施，基本上都是从两个方面出发：其一，对于有盖梁的空心板梁，在盖梁梁侧采取措施，如图 5.1 所示；其二，对于不含盖梁的连续梁，在梁体底部与支座处接触部位两侧采取相关措施，如图 5.2 所示；而这两种防偏方法都是通过挡板来强行阻挡梁体的偏移。这种防偏措施简单、有效、经济，并可以直接应对由于各种原因造成的梁体偏移，因此成为桥梁防偏措施的主要方法。
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结论
本文针对弯梁桥中普遍存在而又极易被人忽视的桥梁偏位问题展开研究。首先对弯梁桥在各种内外因素下发生纵、横向偏位现象进行了系统分析，并在此基础上采用数值方法完成了偏位成因的探究。其次，对纠偏过程仿真分析方法进行探讨，尤其对模拟工况的特殊性进行深入研究，并以依托工程为例，完成对桥梁偏位及纠偏施工的全过程仿真分析。最后提出了合理的顶升、纠偏施工工法和监测方法，并通过现场纠偏实施验证了研究成果的合理性。论文以理论分析结合现场实施及监测为研究方法，得出以下研究结论：
（1）由于弯扭耦合作用，曲线桥梁在恒载作用下主梁截面内外侧支座压缩量不相等，梁体发生微小扭转变形，该扭转变形使主梁由于温度变化而产生的位移在温度降低后不能完全恢复，日积月累导致主梁偏位。
（2）温度作用是引起梁体偏移的主要原因，尤其是曲线梁桥更为突出。其次活载作用的影响也不容忽视。在排除偶然事件（如地震、车船撞击等）的影响，温度作用一项引起的偏移量往往大于其他所有因素的总和，因此偏移的核心问题就是温度引起梁体变形和位移。
（3）伸缩缝的卡死或堵塞，使得梁体的升降温边界条件不同，会引起梁在温度作用下的“爬行”，使偏移量大幅增加，此问题在曲线梁桥尤为突出。
（4）以依托工程为例，对桥梁顶升、纠偏数值模型的建立方法进行了讨论。在此基础上完成了对依托桥梁的顶升、纠偏施工仿真分析，从理论上保证了桥梁顶升、纠偏施工的安全性和可行性。
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参考文献（略）