桥梁支座更换计算分析

侯娜

（西安市市政设施管理局桥梁监测中心，陕西 西安 710016）

桥梁支座更换计算分析

侯娜

（西安市市政设施管理局桥梁监测中心，陕西 西安 710016）

随着桥梁运营年限的增长，支座病害突出，支座的更换是桥梁重要的维护项目，通过工程实例计算分析支座更换对主梁及盖梁的影响，有关经验可供相关专业人员参考。

单梁；梁格；横向分布系数

0 引言

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件，可谓一座桥梁的咽喉所在，关系重大，一旦出现病害，将影响到上下部结构的使用寿命和交通安全。支座的更换关系到桥梁结构的安全[1]。为了更好地了解支座更换过程中，千斤顶的顶升对主梁以及盖梁的影响，对4×30 m一联的预制小箱梁及盖梁进行建模，分析在支座更换过程中梁体的受力情况和盖梁的局部受力情况。

目前使用最广泛的顶升方法是把超薄的液压千斤顶安放在主梁与盖梁的狭小的空间内。顶升设备的高度基本满足梁底净空要求，直接顶升梁体，无需解除顶升时桥面附属构件的约束（在桥面连续段无需凿除桥面铺装混凝土等）。利用百分表观测梁体上升的速度，以保证桥跨各梁体受力均匀同步提升。桥梁支座更换计算分析，首先要复核原支座型号是否满足设计要求，并根据支座的设计承载力确定顶升重量及千斤顶的型号和数量。由于梁体顶升将造成负弯矩区拉应力加大，故要复核桥面负弯矩区的拉应力是否超限，从而保证桥面混凝土不会产生裂缝。同时也要计算千斤顶放在盖梁上时，对桥墩及盖梁受力的影响。对盖梁的局部压应力进行验算，确保局部压应力不会超限。通过一系列仿真计算来分析千斤顶更换支座是否可行。

1 工程实例

对4×30 m一联桥梁进行MIDAS实体建模，横向4片梁，桥宽12.6 m，总共24 010个节点，12 688个实体单元，材料选用C50混凝土，弹性模量为3.45×107kN/m2，泊松比为0.2，容重为25 kN/m3，具体模型见图1、图2。

图1 4×30 m总体模型图

图2 4×30 m局部模型图

2 梁计算分析

（1）梁体顶升脱离支座，受力情况分析

桥梁在自重状态下，梁体完全压在支座上，千斤顶的顶升力等于支座所受的力，梁体就能脱离支座。这种状态下，千斤顶相当桥梁支座，承受了所有的力，桥梁总体受力和梁体在支座上受力基本相同。对全桥支座反力进行计算，计算结果见表1（每个墩上的支座进行编号，从小桩号到大桩号分别是0#～4#墩，墩上的支座从左到右依次是0#～8#支座）。

从表1中的数据可以看出，全桥最大支座反力为918.8 kN，更换支座所选用的千斤顶应该是1 200～1 500 kN的千斤顶。

表1 支座反力表

（2）梁体顶升5 mm梁体受力情况分析

同步顶升高度为可拆除既有支座和安装新支座所需的工作空间，约为10 mm。因为要分步顶升，首先对顶升5 mm的梁体进行受力分析，中跨的负弯矩比边跨的负弯矩要大，顶升情况下拉应力更容易超限。在模型中采用给2号墩支座处单元加强制位移的方法模拟梁体顶升5 mm的情况，经计算，桥梁负弯矩区域产生0.402 MPa的拉应力，见图3。由于0.402 MPa＜1.83 MPa（混凝土抗拉强度设计值），所以在梁体顶升5 mm的情况桥面混凝土不会产生裂缝。梁体顶升5 mm产生的支座反力见表2，最大支反力为935.4 kN，和正常情况下的支反力相比，多了17.4 kN，对桥墩的影响不大。

图3 梁应力图

（3）梁体顶升10 mm梁体受力情况分析

在模型中采用给支座处单元加强制位移的方法模拟梁体顶升10 mm的情况，经计算，桥梁负弯矩区域产生0.804 MPa的拉应力，见图4。由于0.804 MPa＜1.83 MPa（混凝土抗拉强度设计值），所以在梁体顶升10 mm的情况桥面混凝土不会产生裂缝。梁体顶升10 mm产生的支座反力见表3，最大支反力为952.9 kN，和正常情况下的支反力相比，多了34.9 kN，对桥墩的影响不大。

图4 梁应力图

表2 顶升5 mm支座反力表

表3 顶升10 mm支座反力表

3 盖梁计算分析

采用FEA软件对盖梁进行局部建模分析，材料选用C30混凝土，弹性模量为3.0×107kN/m2，泊松比为0.2，容重为25 kN/m3，具体模型见图5。

图5 盖梁模型图

千斤顶数量应与每个盖梁上的支座数量相同，桥梁在自重状态下最大支座反力为918.8 kN，选用1 200～1 500 kN的千斤顶，现计算在千斤顶的最大力1500kN作用下盖梁的受力情况，经计算盖梁局部产生的最大压应力分别为6.59 MPa，远远小于C30混凝土的抗压强度值设计值14.3 MPa，所以盖梁局部不会产生损伤，见图6。

图6 盖梁应力图

4 结 论

经计算，千斤顶顶升梁体5～10 mm的高度，在桥梁负弯矩区域产生0.402～0.804 MPa的拉应力，其值小于C50混凝土的抗拉强度设计值1.83 MPa，不会对梁体产生较大的损伤。盖梁在千斤顶最大力作用下，局部产生6.59 MPa的压应力，这远远小于C30混凝土的抗压强度值设计值14.3 MPa，所以盖梁局部不会产生损伤。经计算分析得出采用千斤顶更换支座是可行的。

[1]周明华,翟瑞兴.公路桥梁橡胶支座更换技术的探讨[J].现代交通技术,2005(3):52-54.

国道318线康定折多山隧道公路工程可行性研究报告获批

四川省发展改革委近日批复了国道318线康定折多山隧道公路工程可行性研究报告。

获批立项的折多山隧道起于康定市折多塘村道班沟沟口，跨折多河、穿折多山，止于新都桥镇塘泥坝村。隧道长8 155 m，全线采用二级公路技术标准建设，设计时速60 km/h，路基宽度10 m，工期5年。

国道318线甘孜州境内有6座海拔超4 000 m的大山。目前，高尔寺山隧道、剪子弯山隧道、脱洛拉卡山隧道已建成通车，海子山隧道在建。折多山被称作“康巴第一关”，盘山公路九曲十八弯。折多山隧道建成后，从四川进西藏将更快捷、安全。

U443.36

B

1009-7716（2017）03-0135-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.037

2016-12-06

侯娜（1982-），女，河北唐山人，工程师，从事桥梁设计及检测工作。