一種適用于彎坡斜鋼板梁橋的連續(xù)構造及其施工方法

連續(xù)彎梁橋廣泛應用于城市立交橋的匝道橋當中。在運營過程中，彎梁橋的上部梁體結構在恒活荷載、溫度循環(huán)、混凝土收縮徐變等因素作用下，普遍會產(chǎn)生兩類病害，即內(nèi)支座脫空和梁體向外側的爬移。由于支座脫空及支座位置改變，會導致彎梁橋?qū)嶋H結構的受力情況與設計時采用的計算圖示存在偏差，嚴重的甚至會影響行車、行人安全，因此進行支座更換是非常必要的。

連續(xù)彎梁橋支座的病害

某城市立交匝道橋為一聯(lián)四跨連續(xù)彎梁結構，其平面布置如圖1所示?？鐝讲贾脼?7.5m+34m+34m+27.5m，總橋長123m，平面呈圓曲線，半徑190m，橋?qū)?m，車行道凈寬7m，橋面橫坡為單面坡，標準斷面為1.5%。主梁采用預應力鋼筋混凝土結構，橫截面為單箱單室斷面：箱頂寬8.0m，箱底寬2.3m，標準梁高1.835m。在Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ6、Ⅰ8號橋墩處，均設置內(nèi)外側抗扭雙支座，兩支座中心距0.9m；7號墩處采用門架結構墩柱，設置單支座。各墩柱處支座形式分別為：Ⅰ4號、Ⅰ8號為GJZF4 40 X 60 X 6.9；Ⅰ5號為TXJ Z- ( 700) DX；Ⅰ6號為TXJ Z- ( 800) DX；Ⅰ7號為TX.J Z- (900) DX。

圖1 某匝道橋4-8號軸部分平面布置圖

此匝道橋運營近10年后，由于一些原因，支座出現(xiàn)一些病害。經(jīng)專業(yè)機構檢測，支座病害主要表現(xiàn)為曲線內(nèi)側支座脫空和曲線外側支座剪切變形，詳細病害情況見表1。雖然該彎梁橋上部結構在恒載作用下，仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是支座脫空和支座縱橫向剪切變形促使梁體產(chǎn)生扭轉變形和不均勻沉降，使箱梁體的受力更加不利。同時，由于支座縱橫向變形加大，使得4號、8號墩四氟乙烯滑板式橡膠支座不能自由滑動。因此，在可以預見的活載作用下，支座變形將更嚴重，直接影響箱梁主體結構及行車安全，不能滿足原來設計的要求，需要對脫空和變形的支座進行更換，即應當頂升Ⅰ4號、Ⅰ8號墩處梁體。

表1 支座檢測情況統(tǒng)計表

彎梁橋由于受到曲率半徑的影響，在任一箱梁橫截面內(nèi)彎矩與扭矩耦合，其頂升難度要比相同情況下的直線橋大。彎梁橋在頂升過程中，梁體的扭轉和側向位移可能會引起其他墩柱處支座的橫向受力不平衡，從而導致箱梁結構受力不符合預定要求，甚至會發(fā)生內(nèi)支座完全脫空，梁體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。國內(nèi)外支座頂升更換施工控制研究多集中于直線梁橋，對連續(xù)彎梁橋的頂升施工控制方法很少分析，進而導致在進行彎橋的頂升作業(yè)時，往往缺少規(guī)范、有效的理論指導。因此，進行連續(xù)彎梁橋支座頂升更換研究非常重要。

局部頂升施工的原則及方法

在Ⅰ4號、Ⅰ8號墩處箱梁局部頂升施工過程中，本聯(lián)箱梁始終都有可能會發(fā)生失穩(wěn)，因此在頂升施工作業(yè)前，需要確定合理的頂升施工方案以保證施工過程符合預期，同時采取結構位移和截面應力進行雙控。本次頂升作業(yè)在考慮彎梁橋?qū)嶋H受力特點后，確立如下頂升施工控制原則：各控制截面應力不能超過規(guī)范要求；頂升過程中，內(nèi)外側梁體位移應當保持一致；局部頂升施工前后全橋結構內(nèi)力變化幅度較小。

為達到上述頂升施工控制原則的要求，對本次頂升作業(yè)進行了以下工作：1.頂升施工仿真分析。根據(jù)設計圖紙的施工步驟要求，確定各頂升工況，并分別進行有限元分析，建模時盡可能與頂升施工保持一致，從而得出頂升過程中，結構的內(nèi)力和變形的理論值。2.控制截面的應力和位移監(jiān)測。根據(jù)頂升施工仿真分析得出的數(shù)據(jù)，確定頂升施工控制截面，在頂升過程中，對控制截面實行應力和位移雙控。

局部頂升施工仿真分析

有限元模型建立

1.荷載模擬

由于橋梁頂升時實行交通管制，因此建立有限元模型時，主要考慮結構自重。

①箱梁

C50混凝土工程量：601.19m3

考慮鋼筋影響，重度取26kN/m3

整聯(lián)箱梁總長度：27.5十34+34+27.52=123m。

箱梁=601.19X26÷123=127.08kN/m

②二期鋪裝

二期鋪裝為9cm瀝青混凝土鋪裝+防水層+7cmC30混凝土。

二期總厚16cm,橋面寬為8m,二期重度取25kN/m3。

二期鋪裝＝0.16×8×25=32kN/m。

③護欄

單側護欄混凝土面積約為0.5m2，每延米箱梁長度上護欄重度=2×0.5×26=26kN/m。

考慮護欄上方鋼管及鋼附件質(zhì)量，每延米箱梁長度上護欄的重度取為30kN/m。

綜合①②③項,恒荷載=127.08+32+30=189.08kN/m。

2.建立模型

采用大型有限元分析軟件Midas/Civil對該聯(lián)彎梁橋進行模擬，曲線半徑為R=190m，支座位置均精確模擬（14墩內(nèi)支座局部脫空較為嚴重，因此只模擬其外側支座），并建立相應的支座節(jié)點局部坐標系。本聯(lián)彎梁橋建模后模型示意圖見圖2，有限元骨架模型見圖3。

圖2 有限元模型示意圖

圖3 有限元骨架模型示意圖

頂升施工方案

利用超薄千斤頂頂升主梁進行支座更換，單個千斤頂?shù)捻斏?50t，在兩個支座靠近頂升聯(lián)內(nèi)側各布置6個千斤頂；使用的臨時輔助支撐至少能夠承受200t的豎向力，外徑不大于25cm，且具有可靠的穩(wěn)定性。千斤頂?shù)闹行木€應與上墊鋼板的中心線重合。千斤頂布置方案如圖4所示。

圖4 千斤頂布置方案(尺寸單位：cm)

頂升施工步驟

由于頂升時，梁體內(nèi)外側頂升高度需盡量保持一致，建模時在4號、8號箱梁處分別增加橫橋向虛擬剛梁，并采用未知荷載系數(shù)法，得到頂升時應當施加的頂升力。同時，由于頂升作業(yè)施工時該匝道橋斷交施工，故不考慮汽車等活載，僅施加前文中的統(tǒng)計荷載。自重作用下支反力計算結果如表2所示，確定的頂升施工步驟見表3和表4。

表2 自重作用下支反力計算結果

表3 4號墩頂升施工步驟

表4 8號墩頂升施工步驟

頂升監(jiān)控方案

結合外觀檢查的結果綜合考慮，選擇第1、4跨為試驗跨，選擇5號墩頂最大負彎矩截面、7號墩頂最大負彎矩截面為控制截面。根據(jù)《某匝道橋1線維修訊罰T—程施工圖》（2014 -07）要求，4號、8號墩分別頂升，頂升量最大不超過6mm?？刂平孛娴膽臀灰谱兓刂屏恳姳?、表6。

表5 4號墩頂升時5號墩應力和位移變化控制量

表6 8號墩頂升時7號墩應力和位移變化控制量

PLC同步頂升系統(tǒng)施工步驟

PLC同步頂升系統(tǒng)施工過程可分為頂升系統(tǒng)安裝、荷載頂升——貼合、位移同步頂升、支座更換、位移同步下降。

1.頂升系統(tǒng)安裝。在各支座旁安裝千斤頂，在千斤頂著力點附近安裝位移傳感器，進行系統(tǒng)的液壓和電氣連接進行試頂升，確保系統(tǒng)正常工作。

2.荷載頂升——貼合。設定目標壓力為3～5MPa,監(jiān)控主機下達荷載頂升指令,系統(tǒng)自動給所有千斤頂加壓到目標壓力,實現(xiàn)千斤頂和梁底板的緊密貼合,此階段梁體位移無變化。荷載頂升完成后將所有頂升點當前位移清零。

3.位移同步頂升。整個梁體的頂升過程分為多次頂升來完成，每次頂升高度為l～2mm，設定目標頂升高度，監(jiān)控主機下達位移頂升指令，系統(tǒng)自動將梁體同步頂升到目標高度。每一階段需要穩(wěn)壓，此時注意觀測梁體有無異常情況，若無異常則進行下一次頂升。當梁體被頂升至可以進行支座更換作業(yè)高度時停止頂升，進行千斤頂保壓。

4.支座更換。拆除原有支座，安裝新支座。

5.位移同步下降。整個梁體降落過程需分為多次下降來完成，每次下降高度為1～3mm。設定目標下降高度，監(jiān)控主機下達位移下降指令，系統(tǒng)自動將梁體同步降落到目標高度：這個過程中，需注意觀測梁體有無異常情況，若無異常情況，則進行下一次下降，指導梁體穩(wěn)定回落至支座頂面。

頂升時注意事項

1.因梁體自重相當大，必須采用大噸位千斤頂才能將其頂起，而當局部單位面積的頂升力大于混凝土抗壓強度時，梁體混凝土容易局部受損甚至被壓碎。根據(jù)這一特點，應當在千斤頂上下各設一塊鋼板。通過計算確定其面積和厚度，以保證單位面積的頂升力不大于混凝土抗壓強度，確保梁體混凝土不發(fā)生局部受損情況。

2.頂升時梁體因局部應力突增而造成應力集中現(xiàn)象，釋放時會在梁體薄弱處造成損壞。結合這一特點，通過計算控制總頂升量，將其分割成若干級頂升高度來完成。每級提升量到位后，在梁底用墊塊墊牢，且頂升應緩慢進行，確保梁體有充分變形的時間。

3.頂升時按先頂后支、落梁時按先拆后降的原則進行。

4.在新支座安裝前，應在實地重新精確確定各支座中心及擺放位置，測定高程誤差，安裝支座高程應符合原設計要求。

5.支座重新安放完畢后，應及時進行檢查驗收，合格后用扁形千斤頂緩慢卸壓落梁到位，落梁時注意避免碰撞支座，以保證支座位置準確，采用逆頂升法緩慢降落梁體，按頂升時同樣的步長步階緩慢進行，有利于梁體準確就位，與支座密貼，若就位不準或支座不密貼，則應查明原因并采取有效措施予以糾正，再重新進行調(diào)整。

6.查看墊板與支座間的平整密貼度，支座四周不得有0.3mm以上的縫隙，否則需頂起重新安放。

7.連續(xù)彎梁橋的支座病害會直接影響到橋梁結構的正常使用，甚至會引起梁體側向傾覆，需要及時更換支座。該匝道橋的支座成功更換表明，采用上述施工方法進行支座更換是可行的，也可為其他同類型彎梁橋支座更換提供參考。

作者單位 / 天津市道路橋梁管理處第二橋梁管理所

編輯 / 王碩

責編 / 王碩

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