山区高速公路简支转连续桥梁支座 更换技术仿真计算

l 概述 目前，国内新建高速公路几乎全部采用橡胶支 座，由于支座本身的质量问题，以及支座在设计、安 装、使用过程中的种种不当，而造成支座过早的破 坏，影响了桥梁的正常使用。在支座的处置技术中 针对不可修复的损坏状况，就需要对支座进行更换 处置，在更换的过程中，更换的方法对桥梁结构安全 的影响是非常大的，因此在更换的过程中需要对桥 梁结构的各主要受力部位进行分析，以保证更换过 程的安全。桥梁支座更换 2 桥梁支座更换技术研究现状 目前，大多数的桥梁都采用整体同步顶升法来 更换支座，因此这方面的研究比较成熟。如顾安邦 教授在《桥梁工程》中提到的枕木满布式支架法；谵 润水教授在《公路旧桥加固技术与实例》中阐述的 桥面钢导梁法；还有鞍型支架法、还有钢扁担梁法 等。 然而整体同步顶升法仅适用于跨径小、高度矮 的简支梁桥。对于山区高速公路，桥梁墩高，大部分 桥梁采用的简支转连续结构形式，假如也采用整体 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。余弦逐波顶升是一种区别于整体顶升的 新概念，是有目的性的针对需要进行更换的支座选 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。这种方法可以广泛应用于各种中小跨径 的简支转连续梁桥较多的山区高速公路。 以4跨连续梁桥为例，其在自重作用下的弯矩 图(见图1) 余弦曲线图(见图2)。 在进行支座更换时，依次顶升1号到5号墩顶 梁体，其顶升位置相当于余弦曲线的各个波峰处，连 续梁桥在其自重作用下的弯矩的变化规律也与余弦 值的变化规律相似，因此给其赋予了一个新的名称 “余弦逐波顶升”。桥梁支座更换 3 山区高速公路桥梁支座更换技术仿真计 算桥梁支座更换 3．1 工程概况 HT高速公路位处于云贵高原向江南丘陵的过 渡地带，地势起伏明显，高差较大，桥隧比高，典型的 山区高速公路。支座更换理论，适合采用余弦逐跨 顶升原理，下面探讨下简支转连续T梁桥，40 m跨 径，4跨一联的桥型。 桥梁支座更换3．2 模型建立 采用MIDAS／Civil做三维梁／杆系有限元法分 析，重点是对余弦逐波顶升对简支转连续梁桥进行 安全分析。桥梁支座更换 3．3 单元的选取 简支转连续梁桥的主梁、横隔板、现浇湿接缝选 用三维梁单元，全桥共1 370个；由于本模型重点模 拟顶升工况对梁体的影响，因此必须模拟支座的弹 性压缩，支座只能受压不能受拉，所以我们采用只受 压单元，全桥共30个(见图3)。 图3 全桥模型 Figure 3 full bridge model 3．4 截面尺寸 预制T梁顶宽2．4 m，马蹄宽0．6／／1，腹板厚 0．2 nl，梁高2．5 In，横桥向梁与梁之间设0．7 In宽 现浇湿接缝。T梁中到中间距2．4 nl，每半幅共五 片梁(见图4)。 T ● I 图4 梁端截面和跨中截面 Figure 4 beam end cross section and the middle section of the middle span 桥梁支座更换3．5 边界条件模拟 由于支座为只受压单元，其为桁架单元的一种， 故模型为几何可变体系，为保证程序运行，在适当位 置添加节点弹性支撑，将各方向的弹性刚度设为很 小，其影响就可忽略不计；支座底部节点无位移，即 固结；由于本桥存在体系转换，即从墩顶双排临时支 撑转为单排永久支座，临时支座单元底部也固结 (见图5)。桥梁支座更换 3．6 荷载计算 钢筋混凝土容重在C50混凝土的基础上乘以 1．04的系数；横隔板凝聚了翼缘板厚度的横向刚 度，但其面积还是按照实际大小用数值输人；二期恒 载按线性均布荷载施加在五片主梁上，其中铺装层 荷载均匀分摊到五片主梁上，防撞护栏荷载考虑偏 心后加在边T梁上；模拟逐墩顶升用的温度荷载按 下式计算： AT：旦：一AL／L ： ： 235．2 cI=， a 1．0×lO AT：旦：一AL／L ： ： 190．4 ℃ 。 a 1．0 ×l0 式中：△T为温度改变值，cI=；s为支座应变，d为支 座线膨胀系数，1／℃ ；AL为顶升量，min；L为支座高 度，mm。 考虑支座弹性压缩以及偏心受压和施工操作空 间后，建模时顶升高度定为20 nlin，伸缩缝端支座高 度85 Inm，连续端支座高度105 mm。桥梁支座更换 3．7 仿真计算结果分析 下面对4 x40 m简支转连续T梁在其顶升高度 20 mm的情况下对计算结果的内力及应力进行分 析，根据内力及应力的变化规律来分析顶升过程对 桥梁的影响，见图6。 从图6可以得出：顶升伸缩缝端，对下一临墩 墩顶湿接缝影响最大；顶升连续端对顶升位置墩顶 湿接缝的影响最大。而顶升对其他截面的影响递 减，墩顶截面为最不利截面。 下面对各工况最不利截面在顶升后应力的变化 进行分析，T梁编号为路线前进方向从左至右依次 为TI、T 、T3、T 、T5(见表1)。 桥梁在顶升第一排支座中，最大应力为一 2．23 MPa，顶升过程最不利截面上缘产生压应力， 下缘产生拉应力；顶升第二排支座中，最大应力为一 3．73 MPa，顶升过程最不利截面上缘产生拉应力， 下缘产生压应力；顶升第三排支座中，最大应力增量 为一3．15 MPa，顶升过程最不利截面上缘产生拉应 力，下缘产生压应力；由于钢束预应力的作用，各顶 升工况，湿接缝截面处未出现拉应力，顶升过程安 全。

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