劉志翁 (廣東大雄經(jīng)濟(jì)技術(shù)咨詢有限公司，廣東 廣州 510075)

廈門市仙岳路多孔連續(xù)箱梁頂升關(guān)鍵技術(shù)研究

劉志翁
(廣東大雄經(jīng)濟(jì)技術(shù)咨詢有限公司，廣東 廣州 510075)

廈門市仙岳路改造為全程高架快速路工程施工中，為避免拆舊橋帶來的負(fù)面社會影響，充分利用原橋結(jié)構(gòu)，對部分橋梁頂升改造，該措施工期短、經(jīng)濟(jì)效益好。廈門市仙岳路上跨湖濱東路高架橋第一聯(lián)為4×35 m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，該聯(lián)上部結(jié)構(gòu)總重8 000 t，頂升最大高度達(dá)3.6 m，頂升施工及監(jiān)控難度大，需對各頂升關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析才能保證工程的順利進(jìn)行。

頂升施工；彎箱梁；支反力；強迫位移；局部應(yīng)力

1 箱梁頂升方案設(shè)計

廈門市仙岳路的快速化改造是將原有的湖濱東路口跨線橋、蓮岳路口跨線橋、福廈路口跨線橋頂升與新建的橋梁連接，實現(xiàn)仙岳路全程高架，其中湖濱東路跨線橋的4×35 m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁頂升為本次改造工程的難點。該箱梁為空間曲線箱梁，箱梁頂寬24.8 m，梁高2 m，梁重達(dá)8 000 t，湖濱東路跨線橋橫斷面見圖1。由于頂升高度大，頂升過程長，施工前應(yīng)制定詳細(xì)的計劃和對各關(guān)鍵問題充分論證方能確保順利完成箱梁的頂升。

1.1 箱梁各墩臺頂升步長控制

湖東路跨線橋第一聯(lián)橋梁頂升布置見圖2，各墩頂升高度及逐次頂升控制值詳見表1。H0號臺頂升高度最大為3 625 mm，因此以H0號臺的頂升距離作為控制值，H0號臺頂升最大步長為100 mm，全部頂升過程共分42步，全梁在頂升過程中均應(yīng)保持為剛體運動。

圖1 湖濱東路跨線橋橫斷面圖

圖2 湖濱東路跨線橋第一聯(lián)頂升布置圖

表1 各墩逐次頂升控制值 mm

1.2 梁底分配梁設(shè)計

為避免集中應(yīng)力過大，在箱梁與千斤頂之間設(shè)置了分配梁，其中H0臺及H4墩設(shè)置橫向分配梁，橫向分配梁由3根I36b工字鋼組成，橫向分配梁設(shè)置見圖3。

圖3 橫向分配梁設(shè)置圖

H1號墩、H2號墩及H3號墩采用縱向分配梁，縱向分配梁同樣由3根I36b工字鋼組成。

1.3 墩臺頂臨時支撐

千斤頂每升高100 mm后需要將千斤頂回油，將支撐鋼管接高后進(jìn)行下一步頂升，因此在千斤頂回油前需先將臨時支撐接高，當(dāng)千斤頂回油后箱梁就落到臨時支撐上，這時將支撐鋼管接高進(jìn)行下一步的頂升。橋臺臨時支撐設(shè)在臺帽上，橋墩臨時支撐設(shè)置在原支座墊石處，臨時支撐設(shè)置平面見圖4。

圖4 臨時支撐設(shè)置平面圖

2 頂點反力計算及千斤頂?shù)倪x型

箱梁頂點反力計算采用通用有限元分析軟件Midas進(jìn)行計算，計算單元類型采用梁單元，采用只受壓單元模擬千斤頂。H0號臺千斤頂平面布置見圖5，H1、H2及H3號墩千斤頂平面布置見圖6，H4號墩千斤頂平面布置見圖7。

圖5 H0號臺千斤頂平面布置圖 圖6 H1、H2及H3號墩千斤頂平面布置圖

圖7 H4號墩千斤頂平面布置圖 圖8 Midas計算模型

2.1 計算模型

箱梁共40個單元，虛擬橫梁共64個單元，只受壓單元64個，Midas模型見圖8。由于頂升階段主要考察的是各墩頂升高度不同步時箱梁產(chǎn)生的應(yīng)力增量，故建立計算模型不對預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行模擬。

2.2 頂升力計算結(jié)果

千斤頂?shù)木幪栍蓛?nèi)向外依次為1、2、…、8， 千斤頂平面布置及其編號見圖9。由于頂升過程中不能保證每個千斤頂不出現(xiàn)故障，因此計算千斤頂?shù)捻斏Ψ?個工況，工況一：全部千斤頂均有效工作，工況二：H0號臺的4號千斤頂失效；工況三：H1墩前排4號千斤頂失效；工況四：H1墩后排4號千斤頂失效；工況五：H2墩前排4號千斤頂失效。

圖9 千斤頂編號平面圖

2.2.1 工況一

全部千斤頂均正常工作時，H0號臺～H4號墩千斤頂反力見表2。

表2 H0號臺～H4號墩千斤頂反力 kN

2.2.2 工況二

H0號臺的4號千斤頂失效時的H0號臺～H4號墩千斤頂反力見表3。

表3 H0號臺～H4號墩千斤頂反力 kN

2.2.3 工況三

H1號墩前排的4號千斤頂失效時的H0號臺～H4號墩千斤頂反力見表4。

表4 H0號臺～H4號墩千斤頂反力 kN

2.2.4 工況四

H1號墩后排的4號千斤頂失效時的H0號臺～H4號墩千斤反力見表5。

表5 H0號臺～H4號墩千斤反力 kN

2.2.5 工況五

H2號墩前排的4號千斤頂失效時的H0號臺～H4號墩千斤頂反力見表6。

表6 H0號臺～H4號墩千斤頂反力 kN

2.3 千斤頂?shù)倪x型

由表2～表4可知：工況三的千斤頂最大反力為1 992 kN， 本項目采用200 t千斤頂其頂升力富余量基本沒有，實際頂升施工過程中H1號墩與H3號墩的千斤頂多次出現(xiàn)故障，說明全部64個千斤頂均采用200 t的千斤頂不合理，應(yīng)按理論計算結(jié)果合理選擇千斤頂?shù)男吞?。就本工程而言?H1號墩前排、H3號墩后排千斤頂應(yīng)選用300 t的千斤頂，其余可采用200 t的千斤頂。

3 頂升過程中箱梁應(yīng)力增量及扭轉(zhuǎn)角的控制

3.1 箱梁縱向頂升不同步計算

箱梁同步頂升過程中，如遇頂升距離大，頂升子步驟多，頂升過程必然會出現(xiàn)各墩頂升量不完全同步的情況，此時頂升過程中梁體就不完全是剛體運動，梁內(nèi)也就會因強迫位移的產(chǎn)生而出現(xiàn)附加應(yīng)力。因此，首先要考察當(dāng)梁內(nèi)出現(xiàn)最大附加應(yīng)力1.83 MPa(C50砼抗拉強度設(shè)計值)時各墩頂箱梁的最大強迫位移，按上述要求計算各墩頂箱梁的最大強迫位移。

工況一為H0臺的最大強迫位移計算，由計算得知，當(dāng)H0臺強迫位移為-38 mm時H1墩梁頂出現(xiàn)的附加拉應(yīng)力為1.82 MPa。工況二為H1墩的最大強迫位移計算，由計算得知，當(dāng)H1墩強迫位移為-17 mm時H1墩梁底出現(xiàn)的附加拉應(yīng)力為1.83 MPa。工況三為H2墩的最大強迫位移計算，由計算得知，當(dāng)H2墩強迫位移為-15 mm時H2墩梁底出現(xiàn)的附加拉應(yīng)力為1.81 MPa。

分析各計算結(jié)果可知：各墩臺最大強迫位移按15 mm控制可避免箱梁產(chǎn)生的附加應(yīng)力不超過C50砼的抗拉強度設(shè)計值1.83 MPa。因此，在頂升過程中，應(yīng)將頂升最大步距100 mm再分成7個子步，分別為6個15 mm和1個10 mm的頂升子步，即每頂升15 mm應(yīng)檢查一次各墩頂箱梁有無出現(xiàn)強迫位移，如出現(xiàn)強迫位移或各墩頂箱梁的應(yīng)力增量超過1.83 MPa，必須在消除強迫位移和降低應(yīng)力增量后方可進(jìn)行下一子步的頂升。

3.2 箱梁橫向不同步產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角的內(nèi)力及應(yīng)力計算

內(nèi)外側(cè)頂點不同步產(chǎn)生的高差按子步20 mm步距控制，內(nèi)外側(cè)頂點距離為9 760 mm，扭轉(zhuǎn)角為arctan(20/9 760)=0.12°。當(dāng)箱梁產(chǎn)生0.12°扭轉(zhuǎn)角位移作用下，箱梁最大附加拉應(yīng)力為1.76 MPa，滿足規(guī)范要求。

通過箱梁縱向頂升不同步及橫向不同步的計算分析可知，縱橫向頂升不同步不能同時出現(xiàn)，否則箱梁拉應(yīng)力可能超過規(guī)范要求，因此在施工監(jiān)控中應(yīng)嚴(yán)格控制箱梁的頂升速度，隨時關(guān)注應(yīng)變及位移的變化，確保箱梁頂升過程中不出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力，避免發(fā)生工程事故。

4 頂點處箱梁及支座墊石局部應(yīng)力分析

原箱梁每個墩臺設(shè)置兩個支座，本次箱梁頂升的頂點個數(shù)均大于兩個，墩臺處頂升點均為8個，鋼墊板均為60 cm×60 cm。臨時支撐點為兩個，橋臺臨時支撐為8個，橋墩臨時支撐為兩個，橋墩臨時支撐設(shè)在原支座位置。由以上分析可知：臨時支撐處的箱梁和支座局部應(yīng)力最大，故僅驗算上述兩處局部應(yīng)力，局部應(yīng)力驗算采用ANSYS軟件計算。

4.1 臨時支撐處箱梁局部應(yīng)力分析

箱梁臨時支撐處的最大反力為9 820 kN，楔形塊尺寸大小為130 cm×130 cm。

圖10 臨時支撐處箱梁局部應(yīng)力主拉應(yīng)力圖

圖11 臨時支撐處箱梁局部應(yīng)力主壓應(yīng)力圖

由圖10、圖11可以看出：支撐處箱梁主拉應(yīng)力1.72 MPa，支撐處箱梁主壓應(yīng)力6.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.2 臨時支撐處支座墊石局部應(yīng)力分析

箱梁臨時支撐處的最大反力為9 820 kN，支座尺寸為130 cm×130 cm，支座墊石高10 cm。

圖12 臨時支撐處支座墊石局部應(yīng)力主拉應(yīng)力圖

圖13 臨時支撐處支座墊石局部應(yīng)力主壓應(yīng)力圖

由圖12、圖13可以看出：支撐處支座墊石主拉應(yīng)力0.5 MPa，主壓應(yīng)力4.0 MPa，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

本文通過對湖濱東路高架橋第一聯(lián)4 m×35 m連續(xù)箱梁頂升改造的施工監(jiān)控，得出以下結(jié)論：

(1) 在箱梁各頂點的反力計算時，應(yīng)將各頂點位置精確模擬，同時應(yīng)考慮同一橫斷面處的千斤頂中出現(xiàn)一個千斤頂不工作的工況分析，才能準(zhǔn)確選擇千斤頂?shù)男吞枴?/p>

(2) 同一截面處各頂點反力的變化規(guī)律并非都一致，H0臺千斤頂、H1號墩前排千斤頂、H3號墩后排千斤頂、H4號墩千斤頂?shù)姆戳τ蓛?nèi)側(cè)至外側(cè)逐漸增大，其他千斤頂則正好與之相反。

(3) 頂升過程中對箱梁應(yīng)力增量及各墩臺的強迫位移雙向監(jiān)控，應(yīng)力與位移監(jiān)控能互相校核，提高監(jiān)控數(shù)據(jù)的可靠性，為頂升過程順利進(jìn)行提供了保證。

(4) 將箱梁的混凝土抗拉強度設(shè)計值作為頂升過程中應(yīng)力增量的極限值，避免對原箱梁的預(yù)應(yīng)力鋼束模擬及箱梁的收縮徐變的計算，計算更簡單有效。

(5) 通過對頂升步驟進(jìn)一步細(xì)化，將施工最大頂升步距100 mm拆分成若干子步，便于位移及應(yīng)力監(jiān)控，同時能將箱梁的應(yīng)力增量控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

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Key technology for porous continuous box girder jacking up in Xianyue Road construction of Xiamen

LIU Zhi-weng
(GuangdongDaxiongEconomicandTechnicalConsultingCo.,Ltd.,Guangzhou510075,China)

In construction of expressway project of Xianyue Road in Xiamen, in order to avoid the negative social impact of the demolition of the old bridge, make full use of the original bridge structure, on the part of the bridge girder lifting transformation, which has advantages of short construction period and good economic benefits. The first joint of the viaduct is 4×35m prestressed concrete continuous box girder, the total weight of its upper part is more than 8,000 tons, the maximum height is up to 3.6 m, which is difficult for construction and monitoring, and detailed analysis for the key technology is needed in order to ensure the smooth progress of the project.

jacking-up construction; curved box girder; reaction force; forced displacement; local stress

2016-11-11

劉志翁(1979—)，男，廣東興寧人，碩士，工程師。

1674-7046(2017)02-0040-08

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.008

U445.6

A