连续梁桥支座更换关键技术研究

BRIDGE ANDTUNNEL ENGINEERING 桥隧 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 West ernCh inaCommunicatio nsScience & Technology西部交通科技 42��� 西部交通科技 Western ChinaCommunications Science & Technology 文章编号: 1673�4874( 2010)01�0042�005 连续梁桥支座更换关键技术研究 申雁鹏,张永水,翟晓春 (重庆交通大学土木建筑学院,重庆 � 400074) 作者简介 申雁鹏 ( 1984 � ) , 男, 山西晋城人,硕士研究 生,从事桥梁与隧道方 面的研究工作;张永水 ( 1965 � ) , 男, 山西河 津人, 教授,主要从事 桥梁结构分析与研究 工作。 摘 � 要:文章针对目前常用的梁桥支座更换 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 存在的问题,提出了一种适合连续 桥梁支座更换的新思路,并通过仿真实验分析,验证了该方法的可行性。同时,文 章提出了与该方法相适应的三种施工工艺,并对支座更换过程中施工控制的关键 技术进行了探讨。 关键词:连续梁桥;支座更换;关键技术 中图分类号: U448�21+ 5 � � � � � � 文献标识码: A Research on the Suppor ting Abutment Replacement T echnology of Con� t inuous Girder Bridge SHEN Yan�peng , ZHANG Yong�shui, ZHAI Xiao�chun ( Shool of Civ il and Architectural Engineering, Chongqing Jiao tong U niversity, Chongqing, 40074) Abstract: Based on the study ing on the ex isting supporting abutment replacement technolo� gy of continuous girder br idge, this paper proposed an economic, secure and fast replacement m et hod and proves its feasibility by simulat ion experiment. T hree kinds of co rresponding construction technology w ere brought forward. At the same time, this paper explains t he key issues o f construction cont rol and conducted a preliminary study on the important technolo� gy used during replacement. Key Words: Continuous girder br idge; Suppor t abutment replacement; Key technology 0 � 引言 随着国内桥梁支座更换工程的增多,近几年桥梁顶升支座更换水平有了很 大提高,解决了实际工程中遇到的大量难题,积累了许多宝贵的设计与施工经 验。目前的设计和施工主要依赖于经验,缺乏系统的、科学的理论依据,许多问 题有待深入研究。具体表现在以下几个方面: ( 1)既没有系统的桥梁顶升设计理论,也没有成熟的设计和施工 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。 2010年第1期 总第31期 43��� ( 2)工程中应用的机具设备可重复利用性差。 ( 3)对桥梁本身力学行为分析不够全面。 ( 4)没有通用的桥梁顶升动力系统。 ( 5)缺少对桥梁顶升过程中状态监测和控制策 略的研究。 同时,由于交通运输的需要,不中断或尽量缩 短中断交通时间又对支座更换施工提出了更高要 求,因此桥梁支座更换成套技术研究就显得极其重 要。 1 � 更换方法的研究 目前常用的支座更换方法是 全桥整体同步顶 升!,整体同步顶升的桥梁支座更换方法有其优越 性,但是由于连续梁桥的连续跨数可以达到 8跨甚 至更多,现实中也并非要进行全桥支座的整体更 换。如果采用整体同步顶升的概念,势必大大增加 设备的投入,提高工程的造价,甚至要中断全桥的 交通来进行施工,造成交通堵塞、车辆滞留。因此 桥梁支座更换方法必须寻求新的突破。 纵向单点逐墩,横向同步顶升!是为了区别于 目前桥梁顶升工程中常用的全桥整体顶升而提出 来的,是有目的性地针对需要更换的支座选择顶升 位置,结合各种不同的支撑体系,进行支座更换的 方法。当某一个桥墩上的支座需要更换时,根据桥 墩的形式及高度,合理的选择支撑平台,在其上放 置顶升设备,顶升梁体,进行支座更换。这种方法 可以广泛应用于各种中小跨径的连续梁桥,在进行 支座更换的过程中,无须中断交通,设备能够反复 循环使用,也可进行全桥的支座更换。 2 � 纵向单点(逐墩)顶升法可行性研究 2�1 � 仿真分析 以云南水麻高速公路上20 m跨径连续 T 梁桥 从三跨一联到八跨一联 6种布置方式; 30 m跨径从 三跨一联到七跨一联 5种布置方式; 40 m跨径有三 跨一联和四跨一联 2种布置方式为依托,运用三维 梁 /杆系有限元法(梁格法) ,采用MIDAS /Civil空间 有限元分析软件建模。其中主梁、横隔板、现浇湿 接缝选用三维梁单元。支座只能受压不能受拉,采 用只受压单元模拟。根据热胀冷缩原理, �l = �∀ �T ∀ l ,其中 �l 是支座伸长量,�T 是温度改变量, l 是支座高度,梁体的顶升通过橡胶支座温度升高 来模拟。三跨一联模型如图 1所示。 图 1 � 三跨一联支座更换模型图 通过总结模型中提取的支座反力、位移、梁体 应变的计算结果可得以下结论。 ( 1)梁格法能较好的反映复杂桥梁的空间力学 行为,受压单元能较好的模拟橡胶支座的受力特 性,并且温度改变能方便的模拟 纵向单点逐墩,横 向同步顶升!这一新的支座更换技术。 ( 2)对于20m、30 m、40m跨径的连续 T 梁桥, 进行单个桥墩上的支座更换是可行的。从计算结 果可以看出,由于单个桥墩墩顶梁体的顶升对整个 连续梁现浇段的应力影响比较小,当千斤顶的顶程 到达最大值时,墩顶现浇段上缘的最大拉应力, 20 m跨径的为2� 21MPa, 30 m跨径的为1� 1MPa, 40 m跨径的墩顶现浇段还处于全截面受压状态。 ( 3)逐墩顶升对临跨的应力、反力、位移都有较 大影响,而跨隔影响基本消除。 ( 4)顶程的确定。在计算中,首先假定了一个 千斤顶的顶程。对于20m与30 m跨径的桥梁,假定 千斤顶的顶程为1 cm;对于40m跨径的桥梁,假定 千斤顶的顶程为2 cm,从计算结果来看,顶程的大 小是合理可行的。因为在20m与30m跨径的桥梁 中,成桥以后橡胶支座在 T梁自重以及二期荷载的 作用下的压缩变形# 1mm,在40 m跨径的桥梁中, 成桥后支座的压缩变形也 #4 mm。将顶程分别定 位1 cm与2 cm,在保证梁体受力安全的前提下,也 有足够的空间进行支座更换的施工操作。这也说 44��� 西部交通科技 Western ChinaCommunications Science & Technology 明,跨径越大,在千斤顶的顶程相同的情况下,梁体 的顶升对梁体内力的影响越小。也就是说,对于不 同跨径的桥梁,可以选择不同的千斤顶的顶程,而 且对于跨径比较大的桥梁来说,千斤顶也可以选择 比较大的顶程。 ( 5)随跨数的增多,顶升过程中梁体上缘由压 应力变成拉应力,且拉应力值逐渐增大。针对30m 跨径来说,三跨一联现浇段上缘不出现拉应力,四、 五、六、七跨一联的现浇段均出现拉应力,顶升过程 中沿纵向拉应力逐渐增大。 2�2 � 梁体顶升模拟试验 为了科学评定梁体顶升过程中的受力状态,试 验以20m跨径四跨一联连续 T 梁桥为真型,在横向 上选择其中一片中梁,按照 1 ∃3的比例做缩尺模 型,以进行支座更换为目的,进行梁体的顶升试验。 通过试验考察二期铺装以及顶升力作用下梁体的 受力情况,确定出常用跨径同类型桥梁在进行支座 更换时梁体的顶程,更进一步证明 纵向单点逐墩, 横向同步顶升!的可行性[ 2]。 依据模型试件的荷载资料,整个试验过程中,对 试件施加的荷载主要包括配重和梁体的顶升力。配 重是模拟桥面的二期铺装(沥青混凝土铺装层、防撞 护栏) ,考虑荷载的横向分布效应,选取内中梁承受 的二期铺装来计算配重[ 3] (示意图见图 2)。梁体的 顶升量根据位移相似常数 1 /3,在真型中梁体的顶升 量为1 cm,试验中梁体的顶升量为3� 3mm,其中顶升 量以支座中心线处梁体的位移为控制目标。试验采 用分步顶升的方式加载,分别对 3个墩按照1mm、 2mm、3mm、3�3mm的顶升量逐级增加。3个墩处 梁体顶升完成后,再次顶升 2# 墩处梁体以进行破坏 试验,按照3mm、5 mm,以后一次增加1 mm的步骤逐 步施加荷载,直至墩顶梁体出现裂缝。 由试验可知,对于多跨的连续 T 梁桥,在各个 梁体顶升工况下,对于各连续处来说,当顶升其中 一个连续处梁体时,只会使顶升处的梁体以及与之 相邻的连续处梁体的受力状态发生变化。以各连 续处所在的桥墩位置来说,梁体顶升的影响可总结 为 邻墩有,隔墩无!。 确定梁体顶升量的最重要的原则是:在千斤顶 的行程达到此顶升量后,梁体是安全的。根据试验 结果数据,在梁体顶升量为3� 3 mm时,各墩顶处梁 体的受力是安全的。由 2# 墩顶处梁体的破坏试验 实测应力结果可见,当梁体的顶升量达到6mm的 时候,在其梁体上缘产生可见裂缝。 由此可确定,对于20m跨径的连续 T 梁桥,在 进行支座更换时,如果采用纵向单点(逐墩)顶升的 施工方法,梁体的最大顶升量# 1� 8 cm。 2� 3 � 纵向单点(逐墩)顶升法的可行性 从理论上来讲,对于任意跨径的连续梁桥,都 可以使用纵向单点(逐墩)顶升的方法进行梁体的 顶升,不同的只是顶升量的大小。但是在实际工程 中,要进行支座更换,在梁体顶升到位以后,必须预 留必要的进行更换支座操作的施工空间。通过以 上的分析可知,对于20 m跨径的连续 T 梁桥,只要 顶升量#1� 8 cm的限值,应用纵向单点逐墩顶升进 行支座更换是可行的,同时随着桥梁跨径越大,该 限值也越大。根据连续梁自身的受力特点, 30 m以 及40 m跨径的简支变连续 T梁桥,最大顶升量可定 为2�5 cm。 图 2� 梁体顶升试验基本示意图 3 � 施工工艺的研究 橡胶支座的各种缺陷和病害,对于较轻微的病 害,加强后期的维护、维修可延长支座的使用寿命, 对于严重的病害,则必须采取更换支座的措施。现 有桥梁支座更换的施工工艺主要有:枕木满布式支 架法、桥面钢导梁法、端部整体顶升法、鞍型支架 法、钢扁担梁法和扁型千斤顶法。 上述 6种桥梁支座更换方法各自有不同的优 缺点,适用于不同的环境,更换方法上各有长处。 但值得注意的是这 6种具体方法都是针对简支梁 提出的,其概念均围绕整体同步顶升,且大都不适 2010年第1期 总第31期 45��� 用于连续梁桥。在 纵向单点逐墩,横向同步顶升! 理念的指引下,在原有支座更换施工工艺基础上, 针对连续梁桥支座更换,提出以下 3种新的施工工 艺,同时也可以解决简支梁的支座更换问题。 3�1 � 钢蝴蝶梁法 钢蝴蝶梁法支撑位置在盖梁上,通过液压千斤 顶顶升蝴蝶梁的翅梁来提升梁体,如图 3所示。其 基本施工步骤为:桥下组拼吊篮,同时桥面上安装 支架并配重,卷扬机拉升吊篮到位作为施工平台, 安放钢蝴蝶梁,定位千斤顶,顶升梁体。 适用范围:该方法适用于山区高墩,复杂的河 床地质情况,特别是梁底距盖梁很近,无法安装千 斤顶的情况。 优点:充分利用盖梁这个平台,施工方便,不需 大型机具设备;对环境的适应能力很强,不受河床 地质、桥下水深和桥梁高度的限制;整个操作过程 都是在桥下进行,施工快捷,缩短了封闭交通的时 间;不受千斤顶行程限制,可一次顶升到位;取换支 座简单;较鞍型支架法安装更为方便,更为安全。 缺点:要求盖梁较为宽大能安放液压千斤顶且 千斤顶数量较多,对于双排支座的盖梁如果空间狭 小就需要另辟蹊径。 3�2 � 钢套箍法 钢套箍法通过圆箍与桥墩混凝土之间的摩擦 力提供竖向支撑,如图 4 所示。基本施工步骤如 下:桥下组拼吊篮,同时桥面上安装支架并配重,卷 扬机拉升吊篮到位作为施工平台,临时连接两侧的 吊篮进行固定,通过吊篮上的卷扬机拉升钢套箍并 用高强螺栓按实际要求锚紧,移动吊篮到合适位置 拉升组拼贝雷梁与工字钢并安放在特制的牛腿上, 放置液压千斤顶顶升梁体,更换支座。 适用范围:适用于梁底空间狭小,无法在盖梁 上安放顶升设备的圆截面高墩梁桥。 优点:充分利用桥梁本身的结构,可以通过增 长钢套箍的长度提高其承载能力,能适用不同跨度 的连续梁桥;对环境的适应能力很强,不受河床地 质、桥下水深和桥梁高度的限制;不受千斤顶行程 限制,可一次顶升到位;在钢蝴蝶梁法无能为力时, 钢套箍法能很好的完成顶升任务。 缺点:施工工序较为繁琐,施工工期长;临时构 件较多,成本较高;钢套箍法只适用于桥墩为圆形 的情况,对其他方形、异形截面均不能使用。 3� 3 � 气动顶升法 气动顶升法是从根本上改变了传统的顶升设 备,即用集群气囊替换液压千斤顶,上述所有支座 更换方法只要用气囊取代千斤顶都可以称之为气 动顶升法。 其主要工作特点:起重量不受限制,通过气动 提升系统的扩展组合,能满足百吨级甚至千吨级桥 梁构件的顶升;同步控制,安全受控;可操作性好, 气动提升系统体积大,重量轻;顶升过程平稳,无附 加冲击载荷;对顶升的基础要求低,特别适合临时 预制构件的工程;有利于保护桥梁构件,采用分布 荷载,避免了液压起重的集中载荷。 图 3 � 钢蝴蝶梁法示意图 图 4� 钢套箍法示意图 46��� 西部交通科技 Western ChinaCommunications Science & Technology 4 � 支座更换过程中的施工控制研究 桥梁支座更换施工中梁体的顶升(降)过程是 一个动态过程,随着梁体的提升,梁的纵向偏差、横 向稳定、伸缩缝等会发生较大变化,梁的各支承点 的相对高差变化使梁的受力状态与成桥时的状态 有所差别。为了梁体顶升能够顺利进行,在顶升施 工中,必须设置一整套监测系统,通过所测得的数 据来指导控制顶升施工。 4�1 � 桥面标高观测 对于连续梁桥,在更换简支端桥梁支座时,需 首先拆除伸缩缝,并在伸缩缝左右两侧各设置几个 桥面高程观测点;在更换连续处桥梁支座时,连续 缝无须拆除,在连续处两侧设置桥面高程观测点。 测点可设置在主梁底面上,也可设在原混凝土铺装 层上。在顶升之前先测定初始值,并与设计标高比 较,另考虑更换支座高度的差值,来推算每个桥墩 的实际顶升高度。桥面标高观测点的设置使每个 桥墩的实际顶升高度确定有了依据,同时顶升后桥 面标高得到有效的控制。 4�2 � 主梁纵向位移观测 为了对顶升过程中主梁纵向位移进行观测,在 横向沿每一排支座中心线的延长线在桥墩及主梁 外侧面用墨线弹出垂直投影线,并在主梁外侧面垂 直墨线的顶端悬挂一个垂球,通过垂球线与桥墩外 侧的墨线的比较来判断主梁的纵向位移及千斤顶 是否倾斜。在顶升过程中实时观测,使主梁的纵向 位移控制在允许范围内。 4�3 � 横向同步控制 纵向单点(逐墩)顶升虽然避免纵向同步顶升 的困难,但还需要保证横向同步顶升[ 4]。 4�4 � 液压千斤顶行程观测 在顶升(降)过程中,各千斤顶顶升点的顶升量 的相对误差必须控制在一定范围内,以保证梁体受 力的安全。为此,每台千斤顶都必须装行程标尺, 千斤顶行程标尺读数可反映千斤顶的顶程。如果 采用 PLC控制液压千斤同步顶升系统,则这一工作 可由位移压力监测系统及计算机 PLC控制系统来 完成。这样,每台千斤顶的顶程数值误差,直接反 映出所有千斤顶是否同步,使各千斤顶同步顶升, 更换完支座后,同步落梁。 4� 5 � 监测顶升设备自身的安全及梁体控制截面 的应变(力)等参数 顶升过程中,顶升设备系统要有自动安全保险 装置,能在意外或超负荷施工时自动报警或停止施 工,及时采取措施,避免事故发生。与此同时应采 取可靠的内力或变形观测手段,对结构内力及变形 进行观测,防止损害梁体的内力出现[ 5]。 5 � 结语 本文针对目前桥梁支座更换存在的问题,提出 了一条适合连续梁桥支座更换的新思路,通过仿真 分析与模型试验,论证了其可行性,确定了20 m、 30 m、40 m跨径连续 T梁桥的极限顶升量。提出与 之相适应的 3种施工工艺,同时对支座更换过程中 施工控制的关键问题进行了详细的说明。 参考文献 [ 1]郝风朝.高速公路不断交通更换连续梁支座施工新技术 探讨[ J] .桥梁隧道, 2007. 4. 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