应用多点协助顶升法更换多跨连续梁支座

2016-11-18黄龙田

城市道桥与防洪 2016年7期

关键词：单点梁体支点

刘　玫，黄龙田

（1.广州市公用事业规划设计院，广东广州 510230；2.广东省建筑设计研究院，广东广州 510010）

应用多点协助顶升法更换多跨连续梁支座

刘玫1，黄龙田2

（1.广州市公用事业规划设计院，广东广州 510230；2.广东省建筑设计研究院，广东广州 510010）

提出“多点协助、单点更换、兼顾横向同步、逐墩顶升”的连续梁支座更换方法，能在确保桥梁结构安全的基础上，即可节约设备投入，亦能降低对支顶基础的要求，节约施工成本。实践证明该方法行之有效。

连续梁；顶升；支座更换

0　引言

在桥梁结构中，支座“承上启下”，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，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，并保护梁端、墩台帽梁不受损伤。然而，在桥梁运营过程中，因设计标准低、汽车超载、橡胶老化或钢板锈蚀等因素，造成桥梁绝大部分支座存在老化、变形、锈蚀、脱空、垫板翘起、断裂等病害，缩短了支座使用寿命，需在桥梁设计寿命未到达前更换支座［1］。

对于多跨连续梁而言，整体同步顶升的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。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”是近年来兴起并广泛应用于工程实践的一项技术，该方法是为了区别于全桥整体顶升方法而提出来的，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［2］。然而，对连续梁而言，纵向单点顶升受梁体变形限制和影响，顶升支座会纵向临近支座卸载，顶升力显著大于正常运营中的支座反力，这就需要加大千斤顶的规格。千斤顶的规格加大，对支顶点和基础要求更高；而受支顶力的影响，连续梁的过度的内力重分配，导致梁体局部内力明显增大，威胁梁体结构安全。

本文在以上基础上提出“多点协助、单点更换、兼顾横向同步、逐墩顶升”的连续梁支座更换方法。通过对在需要更换的支座处的支顶和与其相邻的若干支座点处的协同支顶，实现支座更换。通过调整协同支座的顶升位移量，确保支座更换时主顶升点位移满足更换支座所需高度，且桥梁的所有支反力（含主顶升力和协同顶升点的顶升力）不大于结构在最不利状态下支座的最大反力，以保证梁体结构安全。应用该方法成功应用于一复杂圆盘箱梁体系的支座更换中，效果良好。

1　一般性问题

对于n+1跨连续梁结构，可以简化为以下力学模型，见图1。

图1　连续梁受力力学模型

图1中为连续梁中支点的编号，q（x）表示桥梁恒载分布情况，Ri表示各中支点的支座反力。若把整联连续梁当做只有边支点的简支结构，则q（x）和Ri在各支点处的位移方程为式中：kij表示单位力作用在i点，梁体在j点的竖向位移；Qi表示在q（x）作用下，梁体在i点的竖向位移；Δi表示梁体在i点竖向位移量。在更换支座的过程中，一般不允许车辆通行，故此处不考虑结构所受活载。

则式（1）可表达为

在更换支座时，桥梁结构的结构刚度和结构自重均以确定，即［K］和［Q］已知，故

更换支座前，连续梁在恒载作用下，［Δ］=0，此时对应的［R］0为各个支座的初始支座反力。

若要更换连续梁的某中支点支座，通过调整［Δ］的值，使［R］≤［R］C，［R］Ci为连续梁在正常运营中i支点在最不利情况下的最大支反力，确保梁体结构安全，且不必对顶升支撑点的承载能力要求过严，可利用现有的墩柱作为支撑点基础。

理论上，对k支点的支座进行更换时，考虑到原支座的变形和更换支座的操作空间为一确定值，故Δk=h。可调整任意支点处的位移Δi（i≠k）的值，力求［R］尽量接近［R］0，使连续梁在更换支座过程中与现状稳定的结构体系尽量接近。根据支座更换的特点，Δi≥0。除主顶升点k点需设置千斤顶顶升外，其它Δi＞0的支点，亦设置千斤顶进行顶升。为减少施工设备、节约施工成本，一般只需调整Δk-1、和Δk+1的值，即可满足［R］≤［R］C的条件，实施对k支点处的支座进行更换。

2　四跨连续梁算例

下面以一联四等跨的连续梁为例，对上述方法进行进一步具体阐述。如图2所示，四跨连续梁梁长l，梁体刚度为EI，每延米自重（含二期恒载）q，对2号支点的支座进行更换，更换支座最小顶升量为u（u＞0）。

图2　四跨一联等截面连续梁受力简图

方程（1）具体到本例中，其位移方程为由结构和荷载的对称性，取

R1=R3，Δ1=Δ3=v（v≥0）解方程得

由式（5）可以看出，更换支座2时，若取v=0，即按纵向单支点顶升更换支座，R2比未顶升前的力增加

对于v＞0，随着v值的增加，R2值变小，R1、R3值增加。因此，适当增加v的值，可以使R1值接近R0i，且满足［R］≤［R］C。

3　工程实例

某立交桥位于广州市天河区东部，该立交工程采用圆盘式全互通立交形式，跨越广深铁路，并互通广园快速路与黄新路；其中圆盘环道桥采用闭口式连续箱梁桥，跨径组合为4×16.667 m+2× 19.917 m+4×17.357 m+4×16.667 m+2×19.917 m+ 4×17.357 m，下部采用双柱式墩系梁桩基础；桥宽18～21 m。该桥竣工于上世纪九十年代中期，设计荷载等级为汽-20、挂-100、人群荷载为3.5 kN/m2。某立交桥梁格法计算结构离散图见图3，其中圆点处为墩和支座位置的位置，桥梁横断面见图4。

图3　黄村立交平面布置

图4　某立交横断面（单位：cm）

根据检测报告［3］，“部分支座在使用过程中出现严重变形，需要更换”。由于此结构型式复杂，在恒载作用下，各个墩位的支座反力大小不一。若采用“纵向单点逐墩，横向同步顶升”，需要很大的顶升力方能进行支座更换。若采用“整体同步顶升”，则需要大量设备和人力。另外，经计算分析，实施横向同步既增加了施工设备，亦不能减小施工难度。故本工程采用“多点协助、单点更换”的方法，对其支座逐个更换。即需要更换某个支座时，协助顶升周边支座达一定值，使顶升力和其它各支座的支反力均不大于各个支座处在最不利情况下的最大支反力，且接近恒载作用下的各支座反力。如图5所示，C处为需要更换的支座位置，A为各个协助顶升的位置。根据本工程需要，C处更换支座的最小顶升高度为Δk=h=15 mm，其顶升力Rk和周边协助顶升点的顶升位移Δk（i≠k）和顶升力Ri（i≠k）通过有限元计算所得，见表1。