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1、预应力混凝土连续梁桥支座的更换施工第24卷第2期2006年3月市政技术MunicipalEngineeringTechnologyV01.24No.2March,2006文章编号:10097767(2006)02008705预应力混凝土连续梁桥支座的更换施工陈志远(潮州市交通工程质量监督站,广东潮州521011)摘要:在桥梁通车的情况下,对橡胶支座进行更换是一项难度较大的工作,文中对支座更换前后的高程偏差影响冈素进行了分析;对施工控制要点和监测数据做了较祥细的介绍,并提出了改进意见.关键词:预应力;连续梁桥;桥梁加固;支座更换中图分类号:U445.7文献标识码:BConstructionofB
2、earingReplacementforPrestressedConcreteContinuousGirderBridgesCHENZhi-yuanl工程概况潮州市韩江大桥竣工于1989年,是潮州市连接韩江两岸的主要通道.该桥全长1152.68m(主桥)+186.50m(匝道桥),总建筑面积24165m;其中东,西桥上部结构为预应力混凝土曲弦变截面连续T梁,下部结构为V型实体薄壁柔性墩.运营10多年来,交通量已远远超过设计值,再加上其他原因,大桥出现了一些病害,特别是主桥伸缩缝处的28个支座锈蚀严重.已无法正常工作,有的支座甚至已经脱空,严重威胁了桥梁安全.2004年25月,大桥在通车的情况下
3、进行了大修,其中28个单向活动盆式橡胶支座的更换是难度最大的工作.2支座更换特点(1)不同于简支梁桥,因顶升过程中全桥都会发生应力重分布.所以梁端允许顶升量很小.(2)不同于钢梁桥.因混凝土横隔梁和T梁上翼抗剪切和扭转能力差,且横隔梁已有不少裂缝,所以梁问允许顶升量差值很小.(3)工作空间只是顶升量加上支座高度,最小只有85mm,最大也只有125mm.空间狭小,难以操作.(4)支座更换后高程允许偏差没有相应的规范和收稿日期:20050620作者简介:陈志远(1975一),男.广东潮州人,工程师,学士,研究方向为交通建设T程.工程实例可参照.(5)必须保证梁体的自由伸缩变形.(6)无法封闭交通.
4、(7)支座更换失败很可能对桥梁结构造成致命的损害.3施工方案(1)每墩位处设4根065cm,壁厚为1cm的钢管支柱.钢管问设置剪刀支撑.中间2根支柱立于沉井顶面的混凝土基础上.边上2根支柱立于混凝土明挖基础上.(2)每根钢管上布置1只YSD一500型500t千斤顶,顶上安装1个高为100cm的钢箱平衡粱,中间垫四氟板和钢板.钢箱梁顶与桥梁底问垫板式橡胶支座,四氟板和钢板.(3)4台千斤顶并联顶升,均匀地将梁端顶离支座.(4)凿除旧支座,处理垫石和原梁底钢板,安装支座下摆.(5)在支座顶板上涂粘钢胶后安放上摆,调整支座位置,落梁至原位置.待胶液达到落梁强度后,松顶将梁落于支座上.4支座更换前后高
5、程偏差影响因素4.1主要因素(1)支座下摆安装偏差,温差,定位和检测测量误差,支座自身压缩变形和尺寸偏差,支座安装处墩台顶面是否找平.?88?市政技术第24卷(2)顶升平衡度.其影响主要因素为:地基沉降,千斤顶顶升速率的不同,钢梁的各种变形,梁体受力不同f边梁,车流的影响);次要因素为:百分表误差,混凝土基础与钢管压缩变形,钢板和四氟板,板式橡胶支座压缩变形.(3)千斤顶顶升量误差.4.2次要因素梁间互相影响,环氧树脂砂浆收缩和压缩变形,粘钢胶压缩变形,梁体横向位移.5支座更换后粱体高程偏差允许值计算支座自身压缩变形最大值为70mmx2%(标准规定最大变形率)=1.4mm,抽检平均值为70mm
6、x1.32%=0.924mm,允许偏差为1.400.9240.5mm;支座下摆安装允许偏差为0.5mm;梁体原位置和落梁后位置测量允许偏差均为0.5mm;温差造成的允许偏差取1mm:钢平衡梁设计挠度为lmm,其对梁体高程偏差带来的影响值可取0.5mm;粘钢胶压缩模量为1.2xl04MPa.承载力按支座设计值1.25MN计,上摆面积为3x10mm,胶层厚度即使为10mm(实际为几个毫米),压缩变形量也只为1.25x10xl0/(1.210X3xl05)=0.003mm,完全可以忽略不计;同理,环氧树脂砂浆的压缩和收缩变形量也可忽略不计;梁间相互影响应是使偏差量减小,且难于估计,故不计其影响;正常
7、情况下.梁体横向位移应很小,不计其影响.综上所述.总允许偏差为0.5+0.5+0.5+0.5+1+0.5=3.5mm,取4mm.6施工控制要点6.1顶粱前的准备(1)所有进场材料和设备须附有出厂合格证和产品质量检验单等有关质量证明材料,并经抽检合格;百分表,全站仪等检测仪器应在检定合格有效期内:千斤顶,百分表等仪器设备应有备用件.(2)基础施工前和施工中应精确定位,以确保起顶位置控制在距梁端约2.6m处.(3)将基底置于中砂层,开挖到位后,先用平板振动器将基底砂层振动密实,铺设10em厚的碎石垫层,使基底得到足够的夯实和平整,然后再绑扎基础钢筋;混凝土基础顶,底面要水平.混凝土密实均匀,早强稳
8、固;4个基础顶面标高应一致,以确保预埋件位置准确.(4)4根钢管支柱应等长(压缩量相等).焊接时应使用垂球和水平尺以确保钢管垂直和顶端支承钢座顶面水平.特别要注意焊接温度的影响,焊接工作全部由有经验的师傅负责.(5)千斤顶就位时应确保焊接稳固,顶面水平.(6)采用20mm厚钢板制作钢箱梁,将挠度控制在1mm以内.(7)调整千斤顶的高度,使其均与钢箱梁紧密接触.(8)在梁底和钢箱梁间垫设板式橡胶支座,以平衡7片粱梁底不在同一平面内的微小高差;通过抄垫调整,使每片梁底距板式橡胶支座顶面的距离相同(梁底高程并不一致).(9)为确保同步缓慢顶起平衡梁,4台千斤顶采用1台油泵进行供油,油管并联,以使油路
9、相等,不泄漏.(10)检查千斤顶及电动油泵是否正常工作,以确保加压及升降稳定,均匀.(11)过桥管线,电缆应不影响顶梁作业.(12)检查防震挡块是否顶住T梁.(13)梁体顶高后,在桥面伸缩缝处会形成高差,故在临近顶梁作业前,应将桥面伸缩缝两侧梳型钢板锚同螺丝松掉,且在伸缩缝上铺设钢板,下垫橡胶,以保证桥面行车平顺,减缓对梁体的冲击.(14)检测粘钢胶在当地的气候环境下,不同温度的固化时间.(15)清除墩台顶积土,杂物.(16)在顶梁到落梁期间,集中大量的人力,物力对桥区实行交通管制,并限载20t,限速5km/h,确保交通和施工安全.6.2监测的准备在顶梁前,顶梁过程中,顶梁后,落梁前后,须监测
10、梁端支座处位移情况,梁控制断面应变和应力,基础的沉降和相关结构的状态等,以确保结构安全和支座更换成功.(1)细致检查顶梁处的横隔梁,梁体,桥面板,墩台,伸缩缝,铺装层等处,如发现裂缝或其他病害,应标明其位置,长度,宽度等参数,并编号,记录,录像,将结构的原始状态记录下来;病害严重的,应先给予加同.(2)用全站仪在墩台侧面上端设置检测基准线,在每片梁梁底两边缘和其垂直下方的基准线上设置检测点,记录每片梁顶前位置和测量时的温度.(3)在1号,7号梁内侧边缘与墩台侧面处各设置基准线,以便控制T梁的横向位移.(4)在墩台顶,梁底标明支座中心线位置.(5)在l号,3号,4号,5号,7号5片梁上布置应变测
11、点(纸基应变片和温度补偿片贴在距支座约10m处)及位移测点(百分表设在梁底中心玻璃片基准面与墩台侧面玻璃片基准面之间).在两侧明挖基础上2006年第2期预应力混凝土连续梁桥支座的更换施工?89?布置位移测点(一侧百分表设在钢管支柱和架立在地面的钢管之间,另一侧百分表设在基础顶面和架立在地面的钢管之间).应变片阻值为119n,灵敏系数K=2.086.整个测量和分析工作是采用东华测试DH3817动静态应变测试分析系统进行的.(6)检查所有监测仪器设备,试运行,确保工作正常.6.3人员组织为了确保支座更换的顺利进行.设现场总指挥1人,技术负责1人,千斤顶操作检测人员4人.梁下百分表检测人员5人,其他
12、检测人员2人.油泵操作1人,录像1人,安全员1人.顶梁前应确保对所有人员的培训到位.6.4顶梁(1)顶梁前检查所有临时结构,仪器设备和人员到位情况,确保没有问题;作所有监测对象的初始记录.(2)顶梁采用分级加载,分别加压至5MPa,10MPa,15MPa,约18MPa,约20MPa.5MPa时持压5min.其他持压10min;末级加压值接最终顶起量控制.最终应托起T梁1520mm;前3个压级顶起量很少.除最大顶升率15%#b.其他顶升率均<1%.最大累计顶升量为3.3mm:原未采用约18MPa级加压,结果末级顶升率为90%以上,过大.增加约18MPa级后,末级顶升率为60%以下,一般为3
13、0%左右,顶升相对平缓.(3)加压过程中随时监测所有监测对象,出现问题及时处理,必要时采用人工调节千斤顶顶升量,或降低加压速率,缓慢减压或缓慢松顶:特别是要及时检查顶梁处横隔梁,T梁,桥面板,墩台的状况,观察原有裂缝是甭会继续发展.(4)每级加载稳定后记录所有监测对象的读数,状态.(5)停止顶梁后,检查千斤顶保险箍是否上紧.(6)停止顶梁后10min内.每2min观测1次百分表读数,若10min内的变化量较小,则10min后改为15rain观测1次;若相邻15min的读数值差在0.1mm以内,则可以停止读数,应力应变再监测2h.没有问题可以停止监测.(7)录像人员对全过程录像,重点为各相关结构
14、状态.6.5旧支座拆除(1)步骤:割除锈蚀的旧支座一梁底杂物清除_+梁底预埋钢板除锈_+钢板刷底胶(界面胶,确保钢板与环氧胶砂粘结良好)一支座底混凝土凿平清理一支座底找平.(2)拆除旧支座时注意不要伤及T梁梁体.6.6支座下摆安装(1)将下摆粘结面用打毛机打磨.(2)根据原设计位置确定支座下摆的中心.(3)采用四角定位法,用环氧胶砂将支座下摆粘接到位.仔细调整支座上摆顶面距墩台侧面基准线高度,确保该高度+上摆高度+支座压缩量抽检平均值=顶梁前支座距基准线高度:用水平尺纵横向调平支座,同时将支座底下空隙用环氧胶砂填实.6.7顶梁后到落梁前的监测定时对基础沉降和相关结构进行监测,出现问题及时处理.
15、6.8落梁(1)落梁的临时结构,仪器设备,人员安排,监测内容与顶梁完全相同.(2)选择在温度较为恒定的晚上1O时进行.(3)落梁前检查所有临时结构,仪器设备和人员到位情况.确保没有问题;作所有监测对象的初始记录.(4)安装支座的上摆:实测温度,根据原设计图纸计算安装偏量;将上摆粘结面用打毛机打磨;上摆涂满粘钢胶,涂胶时板中间高四周低,保证落梁时支座板与梁底钢板之间胶液饱满,不出现空鼓.检查上摆位置,胶液符合要求后.即可落梁.(5)先用千斤顶顶起钢板梁少许,然后松掉保险箍,分三级缓慢回落千斤顶,将梁体平稳落在更换后的支座上.对每一级均进行应力,应变及位移量观测.(6)检测梁体位置,符合要求则停机
16、回油,将千斤顶保险箍锁定.(7)补填胶液,清理流淌胶液.(8)待胶液达到强度后.将梁体全部落于支座上.(9)继续监测梁体应力,应变变化以及相关结构情况,2h内没有问题可以停止监测.(1O)考虑到三防橡胶耐久性差,采用1mm厚,长于墩台宽的不锈钢板做防水层,垫于伸缩缝处橡胶防水层顶,并在伸缩缝处增设泄水孔,将水引至墩台外:墩台顶找坡,设置挡水带,防止伸缩缝漏水浸蚀支座.(11)在落梁后2d内每天的交通高峰时期,对梁体应力,应变变化以及相关结构进行监测,没有问题则对支座做涂黄油防腐处理,然后拆除临时结构,支座更换结束.?90?市政技术第24卷7监测数据分析7.1支座更换后梁体高程偏差梁体高程偏差见
17、表1.表中数值的绝对值均不大于允许值(4mm),且2mm的占82%.可见,只要精心设计和施工以及不断改进.支座更换后梁体高程偏差的控制并不难.表1支座更换后梁体高程偏差mm墩台号梁号1234567023-440+11221223222221042+100+1+17.2应力应变数据从各梁体的应力应变时间波形图来看.顶梁前后,落梁前后梁体应力应变的变化幅度小,时间波形平顺,说明结构状态在顶落梁前后均未发生较大的变化,顶落梁作业期间,外力(起顶和活载)未对梁体结构造成损伤.图1为5号,7号梁在起顶前后,落梁前后的时间应变波形l27.0【15.912l1?15.音0-I.;一%a1起顶前632.0I:
18、8.01I2:1.7(I艘蛾杆舯i-.v岫b)顶梁后134.706.806.80._.c)落梁前d)落梁后图1时间应变波形7.3相关结构情况仅个别横隔梁出现少量裂缝和细裂纹,其中少量裂缝为轻微发展,宽度均<o.15mm.出现裂缝的横隔梁其两端梁体:(1)顶升速率最大或每级均偏大.(2)梁间最终顶升量偏差,梁间最终回落量偏差,梁间支座更换后梁体高程偏差值一般较大或最大.但也有均较小的.毕竟各横隔梁的强度并不一致.梁间最终顶升量偏差在02mm:梁间最终回落量偏差在03mm:梁问支座更换后梁体高程偏差值在04mm.(3)梁间每级加压时的顶升量总值偏差和顶升增加量偏差都不是最大或均较大.估计是在
19、顶升速率过大的情况下,结构只能承受较小的偏差.南上可见,控制相关结构安全的重点和难点应为顶升速率的控制.7.4顶升平衡度梁问每级加压时的顶升量总值偏差最大2mm.顶升增加量偏差最大2.5mm,顶升平衡度控制较好.7.5基础沉降最小值0.06mm,最大值8.4mm,沉降量差值除一墩台为2.7mm外,其余均小于1mm,基础沉降控制并不理想.7.6钢梁的刚度梁间最终顶升量偏差在02mm可以接受.钢梁的刚度符合要求.7.7其他偏差允许值的确定顶梁过程中未出现结构损伤的梁间顶升量总值偏差最大值为2mm:支座更换后梁体高程偏差差值最大值为3mm.只要顶升和回落速率控制得好,这两个数值可视为允许值.7.8T
20、梁的横向位移从监测数据看,T梁基本未发生横向位移.8结论预应力混凝土连续梁桥支座在不中断交通情况下.只要精心设计,认真做好施工组织设计和监控方案,科学指挥,精心施工,更换成功并不是很难的事.要提高工程质量,笔者认为,可在以下几方面进行改进:(1)必须考虑支座自身的压缩变形.(2)以同温度检测支座原始高程,安装支座上摆,落梁,检测支座最终高程,消除温差影响.(3)粘钢胶压缩模量大.变形可以忽略不计,故粘支座上摆时胶液可厚一些,利用其流动性减少支座高(下转第94页).94.市政技术第24卷注:孑L的序号从边孑L开始从表1可以看出,采用拱脚固接的计算方法,其弯矩的结果和另外两种方法的结果相比,各截面
21、弯矩值均偏小,对上部结构安全储备不够;表2数据表明,拱脚固接计算方法的墩顶水平推力,比其他两种方法的结果均偏大.本例中一3<37,也说明了计算结果差别的原因.对比全桩长考虑桩土共同作用和取部分桩长(oh=4,h=12m),无论截面弯矩还是墩顶水平推力.都存在一些差别,个别截面的弯矩相差22%左右,在分析中当取h=20m时,各截面弯矩值与全桩长考虑桩土共同作用结果相比.最大也相差19%左右.连续拱桥计算中,不同的结构形式和地质条件,以及桩,桥台的简化,都将影响计算结果的准确性,文献51提出了桥梁上下部联合计算中的等代杆法,求拱的内力后,需要单独分析桩的内力.因此,如何合理选取部分桩长,达到
22、简化计算的目的,还需要进一步的讨论和分析.4.5手算法与有限元方法其推力影响线的比较(见表3)从表3可以看出,当只考虑水平推力影响时.程序计算结果和手算结果是比较接近的,说明本文全长考虑桩土共同作用的方法可以作为工程设计分析的参考.表3拱脚水平推力影响线的数值5结语本文讨论的按全桩长度考虑桩土共同作用连拱计算,与现行规范中基础按113法计算原理是一致的,通过与手算结果的对比.表明其计算结果是合理的.本文对考虑桩土共同作用的连续拱桥计算,做了一些有益的尝试,希望能作为其他同类工程设计分析的借鉴和参考.参考文献:【1范立础.桥梁工程【M.北京:人民交通出版社,1993.【2石绍甫,等.公路桥涵设计
23、手册拱桥上册M】.北京:人民交通出版社.1997.【3JTJ02485,公路桥涵地基与基础设计规范【S.【4J王国鼎.拱桥连拱计算M】.北京:人民交通出版社,1983.【5胡达和.桥梁上下部联合计算中的等代杆法J.市政技术,2002.20(2):1819.(上接第90页)程偏差.(4)减少支座高程偏差的关键是下摆定位,粘接用环氧胶砂可多些,以便调整下摆位置.(5)采用精度更高的检测仪器,如大量程的位移计,固定设置于每片梁上,直至支座更换完成.(6)选用顶升速率接近的千斤顶,减少千斤顶自身原因对顶升速率的影响;用百分表监控千斤顶的顶升量.必要时可人工调节千斤顶.(7)增加加压级数,能大大降低顶升
24、速率,采用6级加压的墩台3,其横隔梁损伤仅有1条裂缝且轻微发展.(8)边梁受力小于中梁.会出现顶升过快的情况(本次作业有两墩台各一边梁出现了这一情况),必须特别注意.采用减压阀或顶升到位及时上紧千斤顶保险箍,只要顶升速率控制得好,边横隔梁并不会开裂(本次没有开裂).(9)落梁的改进方法基本同顶梁.(10)钢梁设置预拱度.(11)估计基础承载力较困难,可先加载预压,消除沉降.(12)横隔梁是最薄弱的部位,先加固或贴应变片监测.(13)千斤顶独立供压,采用计算机控制的液压同步系统控制压力,且事先对桥梁进行称重,即测定桥梁的实际荷载分布;称重过程中,通过反复调整各千斤顶的油压,使各点的压力与上部荷载大致平衡,并能保证顶升过程中的位移同步.