桥梁同步顶升更换支座的原理分析

【摘要】桥梁支座是桥梁结构连接上、下部结构“关节”。其作用重大, 但由于支座设计选型不佳、年久失养、橡胶支座本身老化、钢板支座锈蚀 等原因造成支座失效, 导致结构受力体系发生变化。部分支座失效已直接影响到桥梁上部结构安全, 需要立即更换。高速公路交通十分繁忙, 支 座更换必须在不影响交通、不破坏桥梁本身结构的情况下来对老支座进行更换, 使之恢复原有功能。本文针对高速公路一座简直梁桥采用同步 顶升的工法进行支座更换工作中采用的主要施工方法和措施进行介绍, 以期对类似桥梁的养护工作具有抛砖引玉的意义。 

【关键词】高速公路; 桥梁; 支座; 同步顶升; 更换 

在桥梁结构中, 支座是桥梁上、下部结构的连接点, 其作用是将上 部结构的荷载顺适、安全地传递到桥梁墩台上去, 同时保证上部结构 在荷载、温度变化、混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形, 以便使 结构的实际受力情况符合计算图式, 并保证梁端、墩台帽梁不受损伤。 长久以来, 橡胶支座以价钱低廉、安装便利等优点已广泛应用于 公路、市政桥梁。在早期建设的一些梁式桥( 空心板、T 梁) , 由于运营 时间较长, 以及受野外环境影响, 普遍存在着橡胶自身老化、支座年久 失修、支座钢板锈蚀等问题。这些支座病害导致了梁板伸缩受限, 结构 受力体系改变, 严重影响了结构受力, 导致墩台位移、梁板裂缝等更加 严重的后果。为了保证桥梁安全畅通, 避免造成更大的桥梁早期病害、 更大的养护投入和交通影响, 更换这些病害支座迫在眉睫。 如按新建桥梁支座安装程序进行维修, 则工程量大, 造价高, 而且 必将导致交通阻断, 这对人民的交通出行带来很大不便, 尤其对于高 速公路等高等级道路更是影响巨大。为了解决这个矛盾, 我们以不阻 断交通为前提, 采用对同步顶升的工作原理, 采用特制扁千斤顶对梁 体实施整体顶升进行更换支座的工作。在顶升过程对支点力和顶升位 移进行双控的办法对简支空心板梁的支座进行了更换, 取得了很好的 效果。本文着力探讨了以一座简支空心板桥为例, 对桥梁同步顶升更 换支座的原理、桥梁同步顶升施工步骤、施工工艺等进行详细阐述, 以期探明该工法的可行性和实用性, 为此类桥梁的支座更换指出一条简便、节省的道 路。 

一、桥梁同步顶升的原理分析 

桥梁同步顶升的概念早期主要针对连续梁支座更换提出来的。由于连 续梁是超静定结构, 不同步顶升相当于支座差异沉降, 这将导致连续 梁体结构内力重新分配, 很大的影响结构的受力状态。所以, 工程人员 认为如果采用的顶升设备能够使梁体同步抬高, 则对桥梁的受力不会 造成影响, 受力模式如图1 所示。对于同步顶升的方法, 应该有三个方面的理解: ( 1) 纵向、横向均 同步; ( 2) 纵向同步; ( 3) 横向同步, 针对不同结构形式采用不同的施工 方法, 以确保安全, 降低维修费用。 ( 1) 纵向、横向均同步主要针对桥面较宽的连续梁, 这种连续梁一般采用现浇单箱多室箱梁或者组合式结构, 对T 梁、小箱梁等预制构件采用先简支后连续 的施工方法, 连接成连续结构。对于前者一般在梁底对称安装两个大 吨位支座, 后者在各个构件安装两个小型支座。为确保横向、纵向均没有的大的差异沉降, 对梁体造成附加的剪切和扭转力, 更换此类连续 梁, 需要保证纵向和横向的同步, 避免破坏梁体和构件间的连接。 ( 2) 纵向同步主要针对桥面较窄的连续箱梁, 即在横桥向只有一排支座的连续 结构。此类箱梁本身结构形式和在墩台部位设计的强大端横梁都使该 类型箱梁具有良好的整体性能。更换此类结构的支座主要考虑纵向同步, 避免导致梁体破坏。 ( 3) 横向同步主要针对由多个构件( 如空心板、T 梁等) 拼装而成的简支桥梁。 因为更换支座时顶升高度很小, 且支座纵向的差异沉降不会对简支梁 结构造成影响。简支结构在横向是由一排支座顶支起来, 在横向是一 种连续结构, 故在横向一定要保持同步, 才能避免对桥梁横向造成损 坏。 总之, 更换支座以前一定要认真分析旧桥的受力模式, 才能正确 选取施工方法, 避免更换支座方法不当, 造成新的损伤。 二、扁千斤顶组更换支座的方法研究 

更换支座的难度主要在于老支座是在工作状态下受很大的竖向 荷载难以取出, 如何卸掉支座的工作荷载是更换支座的第一步。采用 拆除上部构造的办法固然是最直接的办法, 但此法势必影响到交通, 工期和造价都是现代交通所难以忍受的。另外可以利用扩大基础或承 台上搭设顶升支架实施作业但顶升点距离原支点较远不利于减小两 跨间梁板的广义转角和竖向位移, 从而导致桥面系损坏。但没有可利 用的既有支点, 需浇筑临时支墩和钢梁整体顶升的, 此法对上部交通 影响较小, 但是工期和造价也是惊人的, 因为临时支墩的支座非常困 难, 尤其对于水中墩几乎是不可能的。 根据上面的思路, 如何利用既有下部结构实施顶升成为一个主要 思考方向。通常梁体和盖梁间距只有15cm 左右, 间距狭小, 一般的起 重设备很难安放进去。根据上述思路, 液压扁千斤顶组被开发出来。 液压扁千斤顶组是新近开发的一种顶梁换支座的专用设备, 主要 配置有: 液压顶、高压油管、控制分配阀、高压泵站、高压油表等设备组 成。该系统采用一组并联的扁千斤顶实现各千斤顶的位移基本一致。 此套设备结构尺寸较小, 能够满足顶升所需的施工空间小的要求, 所 以液压扁千斤顶组可以直接载盖梁上起顶, 适合空心板梁顶升以及顶 升间隙较小的物体。 低高度顶有关技术指标: 设计最大顶升力100 吨, 油顶几何尺寸 为: 直径18 厘米, 高度10 厘米, 行程5 厘米。适合于空心梁以及顶升 间歇较小的物体位移。

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