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（1.廣州市公用事業(yè)規(guī)劃設(shè)計院，廣東廣州 510230；2.廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州 510010）

應(yīng)用多點協(xié)助頂升法更換多跨連續(xù)梁支座

劉玫1，黃龍?zhí)?

（1.廣州市公用事業(yè)規(guī)劃設(shè)計院，廣東廣州 510230；2.廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州 510010）

提出“多點協(xié)助、單點更換、兼顧橫向同步、逐墩頂升”的連續(xù)梁支座更換方法，能在確保橋梁結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，即可節(jié)約設(shè)備投入，亦能降低對支頂基礎(chǔ)的要求，節(jié)約施工成本。實踐證明該方法行之有效。

連續(xù)梁；頂升；支座更換

0　引言

在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座“承上啟下”，是橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的連接點。其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載順適、安全地傳遞到橋梁墩臺上，同時保證上部結(jié)構(gòu)在荷載、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形，以便使結(jié)構(gòu)的實際受力情況符合計算圖式，并保護(hù)梁端、墩臺帽梁不受損傷。然而，在橋梁運營過程中，因設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、汽車超載、橡膠老化或鋼板銹蝕等因素，造成橋梁絕大部分支座存在老化、變形、銹蝕、脫空、墊板翹起、斷裂等病害，縮短了支座使用壽命，需在橋梁設(shè)計壽命未到達(dá)前更換支座［1］。

對于多跨連續(xù)梁而言，整體同步頂升的支座更換方法有其優(yōu)越性，但是由于連續(xù)梁橋的連續(xù)跨數(shù)可以達(dá)到8跨甚至更多，現(xiàn)實中也并非要進(jìn)行全橋支座的整體更換。如果采用整體同步頂升的概念，勢必大大增加設(shè)備的投入，提高工程的造價。因此橋梁支座更換方法必須尋求新的突破。

“縱向單點逐墩，橫向同步頂升”是近年來興起并廣泛應(yīng)用于工程實踐的一項技術(shù)，該方法是為了區(qū)別于全橋整體頂升方法而提出來的，是有目的性地針對需要更換的支座選擇頂升位置，結(jié)合各種不同的支撐體系，進(jìn)行支座更換的方法。當(dāng)某一個橋墩上的支座需要更換時，根據(jù)橋墩的形式及高度，合理的選擇支撐平臺，在其上放置頂升設(shè)備，頂升梁體，進(jìn)行支座更換［2］。然而，對連續(xù)梁而言，縱向單點頂升受梁體變形限制和影響，頂升支座會縱向臨近支座卸載，頂升力顯著大于正常運營中的支座反力，這就需要加大千斤頂?shù)囊?guī)格。千斤頂?shù)囊?guī)格加大，對支頂點和基礎(chǔ)要求更高；而受支頂力的影響，連續(xù)梁的過度的內(nèi)力重分配，導(dǎo)致梁體局部內(nèi)力明顯增大，威脅梁體結(jié)構(gòu)安全。

本文在以上基礎(chǔ)上提出“多點協(xié)助、單點更換、兼顧橫向同步、逐墩頂升”的連續(xù)梁支座更換方法。通過對在需要更換的支座處的支頂和與其相鄰的若干支座點處的協(xié)同支頂，實現(xiàn)支座更換。通過調(diào)整協(xié)同支座的頂升位移量，確保支座更換時主頂升點位移滿足更換支座所需高度，且橋梁的所有支反力（含主頂升力和協(xié)同頂升點的頂升力）不大于結(jié)構(gòu)在最不利狀態(tài)下支座的最大反力，以保證梁體結(jié)構(gòu)安全。應(yīng)用該方法成功應(yīng)用于一復(fù)雜圓盤箱梁體系的支座更換中，效果良好。

1　一般性問題

對于n+1跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，可以簡化為以下力學(xué)模型，見圖1。

圖1　連續(xù)梁受力力學(xué)模型

圖1中為連續(xù)梁中支點的編號，q（x）表示橋梁恒載分布情況，Ri表示各中支點的支座反力。若把整聯(lián)連續(xù)梁當(dāng)做只有邊支點的簡支結(jié)構(gòu)，則q（x）和Ri在各支點處的位移方程為式中：kij表示單位力作用在i點，梁體在j點的豎向位移；Qi表示在q（x）作用下，梁體在i點的豎向位移；Δi表示梁體在i點豎向位移量。在更換支座的過程中，一般不允許車輛通行，故此處不考慮結(jié)構(gòu)所受活載。

則式（1）可表達(dá)為

在更換支座時，橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)自重均以確定，即［K］和［Q］已知，故

更換支座前，連續(xù)梁在恒載作用下，［Δ］=0，此時對應(yīng)的［R］0為各個支座的初始支座反力。

若要更換連續(xù)梁的某中支點支座，通過調(diào)整［Δ］的值，使［R］≤［R］C，［R］Ci為連續(xù)梁在正常運營中i支點在最不利情況下的最大支反力，確保梁體結(jié)構(gòu)安全，且不必對頂升支撐點的承載能力要求過嚴(yán)，可利用現(xiàn)有的墩柱作為支撐點基礎(chǔ)。

理論上，對k支點的支座進(jìn)行更換時，考慮到原支座的變形和更換支座的操作空間為一確定值，故Δk=h?？烧{(diào)整任意支點處的位移Δi（i≠k）的值，力求［R］盡量接近［R］0，使連續(xù)梁在更換支座過程中與現(xiàn)狀穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系盡量接近。根據(jù)支座更換的特點，Δi≥0。除主頂升點k點需設(shè)置千斤頂頂升外，其它Δi＞0的支點，亦設(shè)置千斤頂進(jìn)行頂升。為減少施工設(shè)備、節(jié)約施工成本，一般只需調(diào)整Δk-1、和Δk+1的值，即可滿足［R］≤［R］C的條件，實施對k支點處的支座進(jìn)行更換。

2　四跨連續(xù)梁算例

下面以一聯(lián)四等跨的連續(xù)梁為例，對上述方法進(jìn)行進(jìn)一步具體闡述。如圖2所示，四跨連續(xù)梁梁長l，梁體剛度為EI，每延米自重（含二期恒載）q，對2號支點的支座進(jìn)行更換，更換支座最小頂升量為u（u＞0）。

圖2　四跨一聯(lián)等截面連續(xù)梁受力簡圖

方程（1）具體到本例中，其位移方程為由結(jié)構(gòu)和荷載的對稱性，取

R1=R3，Δ1=Δ3=v（v≥0）解方程得

由式（5）可以看出，更換支座2時，若取v=0，即按縱向單支點頂升更換支座，R2比未頂升前的力增加

對于v＞0，隨著v值的增加，R2值變小，R1、R3值增加。因此，適當(dāng)增加v的值，可以使R1值接近R0i，且滿足［R］≤［R］C。

3　工程實例

某立交橋位于廣州市天河區(qū)東部，該立交工程采用圓盤式全互通立交形式，跨越廣深鐵路，并互通廣園快速路與黃新路；其中圓盤環(huán)道橋采用閉口式連續(xù)箱梁橋，跨徑組合為4×16.667 m+2× 19.917 m+4×17.357 m+4×16.667 m+2×19.917 m+ 4×17.357 m，下部采用雙柱式墩系梁樁基礎(chǔ)；橋?qū)?8～21 m。該橋竣工于上世紀(jì)九十年代中期，設(shè)計荷載等級為汽-20、掛-100、人群荷載為3.5 kN/m2。某立交橋梁格法計算結(jié)構(gòu)離散圖見圖3，其中圓點處為墩和支座位置的位置，橋梁橫斷面見圖4。

圖3　黃村立交平面布置

圖4　某立交橫斷面（單位：cm）

根據(jù)檢測報告［3］，“部分支座在使用過程中出現(xiàn)嚴(yán)重變形，需要更換”。由于此結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，在恒載作用下，各個墩位的支座反力大小不一。若采用“縱向單點逐墩，橫向同步頂升”，需要很大的頂升力方能進(jìn)行支座更換。若采用“整體同步頂升”，則需要大量設(shè)備和人力。另外，經(jīng)計算分析，實施橫向同步既增加了施工設(shè)備，亦不能減小施工難度。故本工程采用“多點協(xié)助、單點更換”的方法，對其支座逐個更換。即需要更換某個支座時，協(xié)助頂升周邊支座達(dá)一定值，使頂升力和其它各支座的支反力均不大于各個支座處在最不利情況下的最大支反力，且接近恒載作用下的各支座反力。如圖5所示，C處為需要更換的支座位置，A為各個協(xié)助頂升的位置。根據(jù)本工程需要，C處更換支座的最小頂升高度為Δk=h=15 mm，其頂升力Rk和周邊協(xié)助頂升點的頂升位移Δk（i≠k）和頂升力Ri（i≠k）通過有限元計算所得，見表1。

圖5　協(xié)助頂升示意圖

4　工程實踐

施工單位依照上述理論基礎(chǔ)和表1的理論計算結(jié)果，在一定誤差的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整（計算模擬誤差及設(shè)備誤差），成功高效地對某立交大型圓盤結(jié)構(gòu)部分支座進(jìn)行更換。

表1　支座頂升力與頂升位移計算值（單位：力-kN，位移-mm）

5　結(jié)　語

采用“縱向多點協(xié)助、單點更換、兼顧橫向同步、逐墩頂升”的方法對多跨連續(xù)梁進(jìn)行支座更換，能在確保結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，即可節(jié)約設(shè)備投入，亦能降低對支頂基礎(chǔ)的要求，節(jié)約施工成本。實踐證明該方法行之有效。

［1］周明華，葛寶翔.公路橋梁橡膠支座的使用壽命與應(yīng)用對策［J］.世界橋梁，2004（2）:71-74.

［2］申雁鵬，張永水，翟曉春.連續(xù)梁橋支座更換關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.西部交通科技，2010，31（1）:42-46.

［3］廣州廣大工程檢測咨詢有限公司.某立交橋檢測評估報告［R］. 2008.

U443.36

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1009-7716（2016）07-0123-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.036

2016-02-23

劉玫（1979-），女，湖南邵陽人，高級工程師，從事路橋設(shè)計工作。