曾松濤

（廈門市市政工程管理處，福建 廈門 361004）

0 引言

目前國內(nèi)外建設(shè)的一些梁式橋中，由于運(yùn)營時(shí)間較長及野外環(huán)境影響，普遍存在支座年久失養(yǎng)、橡膠支座日趨老化、鋼板銹蝕等問題，急需進(jìn)行支座的更換維修，因此橋梁頂升技術(shù)得到了不斷的應(yīng)用與發(fā)展，其中整體同步頂升技術(shù)采用較多[1]。理論上而言整體同步頂升對(duì)連續(xù)梁橋不產(chǎn)生附加內(nèi)力，偏于安全，但梁體整體頂起后沒有水平方向約束，結(jié)構(gòu)在較小的外力作用下即可能成為機(jī)動(dòng)體系，給頂升過程帶來安全隱患，且此法需要設(shè)備較多，對(duì)大跨連續(xù)梁來說，成本投入較高[2]。因此，多跨連續(xù)梁橋通常采用半橋同步頂升的方法更換支座。半橋同步頂升設(shè)備較整體頂升簡(jiǎn)單，更易于操作，但會(huì)引起橋梁線形以及內(nèi)力的改變，因此要嚴(yán)格控制頂升高度，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理的頂升設(shè)備、設(shè)計(jì)合理的施工工藝，還要實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控頂升施工過程中梁體位移、應(yīng)力的變化情況[3]。

本文以一座采用半橋同步頂升方案更換支座的連續(xù)梁橋?yàn)槔?，?duì)頂升施工監(jiān)控方案和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行介紹。

1 工程概況

某三跨連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，跨徑組合為（22.4+32+22.4）m。橋梁總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 橋梁總體結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

全橋共有48個(gè)支座，已使用20多年，均出現(xiàn)了較嚴(yán)重的橡膠磨損變形和鋼板銹蝕。根據(jù)橋梁支座的使用條件和橋址環(huán)境，該次全部更換為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的GPZ（Ⅱ）盆式橡膠支座。經(jīng)方案比選，決定采用PLC控制液壓同步頂升系統(tǒng)進(jìn)行頂升施工，為支座更換創(chuàng)造施工空間，從而達(dá)到更換支座的目的。

具體過程為先同時(shí)頂升1#臺(tái)、2#墩位置處梁體，更換1#臺(tái)、2#墩支座，將3#墩、4#臺(tái)支座作為限位裝置，支座更換完畢后，再進(jìn)行3#墩、4#臺(tái)位置支座更換施工，此時(shí)，1#臺(tái)、2#墩位置作為橋梁頂升的限位裝置，完成支座更換。

2 頂升施工監(jiān)控方案

2.1 監(jiān)控工作內(nèi)容

首先對(duì)該橋進(jìn)行施工階段分析，獲得成橋狀態(tài)下的內(nèi)力。在此基礎(chǔ)上對(duì)各支點(diǎn)依次施加向上的強(qiáng)迫位移，分析各墩頂升量的理論上限值，作為施工控制依據(jù)。在橋梁頂升過程中，由于材料、結(jié)構(gòu)以及施工本身都與理論分析存在一定的差異，結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力狀態(tài)不能完全依靠理論分析來評(píng)價(jià)，還要進(jìn)行實(shí)時(shí)的變形測(cè)量和應(yīng)力監(jiān)測(cè)，防止在橋梁頂升施工過程中應(yīng)力增量過大，使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂，危及結(jié)構(gòu)安全［4］。

2.2 頂升高度分析

利用橋梁有限元軟件ANSYS進(jìn)行施工過程仿真分析，全橋有限元網(wǎng)格劃分如下圖2所示，變截面區(qū)域有限元模型如圖3所示。

圖2 全橋有限元網(wǎng)格劃分圖

圖3 變截面區(qū)域有限元模型圖

分別對(duì)1#臺(tái)和2#墩處梁體同步頂升5 mm、8 mm、10 mm、15 mm、20 mm 進(jìn)行有限元施工仿真分析；發(fā)現(xiàn)當(dāng) 1#臺(tái)和2#墩處梁體同步頂升20 mm時(shí)混凝土拉應(yīng)力超限，應(yīng)力云圖如下圖4所示。

圖4 1#、2#墩處梁體同步頂升20mm應(yīng)力云圖

由應(yīng)力圖可以看出，該工況下梁體混凝土在3#墩底板支撐處附近區(qū)域出現(xiàn)最大拉應(yīng)力增量，如圖中紅色區(qū)域，最大拉應(yīng)力增量為1.675 MPa?？紤]到1.2倍的安全系數(shù)，C50混凝土拉應(yīng)力限值為1.83/1.2=1.525 MPa，小于主梁最大拉應(yīng)力增量。因此，要求頂升高度不能超過10 mm。

2.3 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

在頂升過程中需對(duì)頂升位移和主梁應(yīng)力進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置如下。

2.2.1 位移測(cè)點(diǎn)

橋梁在頂升過程中的位移測(cè)試是橋梁頂升監(jiān)控的重要組成部分。測(cè)量橋梁位移的方法有光柵尺測(cè)量法、百分表測(cè)量法、全站儀測(cè)量等，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用光柵尺進(jìn)行位移測(cè)量。

該項(xiàng)目選擇各墩、臺(tái)位置的箱梁截面作為位移監(jiān)測(cè)截面（見圖5），在每個(gè)測(cè)試截面布置一個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，位于箱梁底部中間位置（見圖6）。在位移測(cè)點(diǎn)布置光柵尺（見圖7），每個(gè)測(cè)試截面?zhèn)湟惶讛?shù)顯設(shè)備，頂升過程中實(shí)時(shí)觀測(cè)豎向位移的變化。被頂升梁段的位移傳感器不僅用于測(cè)量整體變形的情況，而且可以控制頂升過程中梁體均勻、平衡上升或者落下，防止傾斜等[5]。

圖5 全橋位移測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm)

圖6 位移測(cè)點(diǎn)布置圖

圖7 光柵尺布置圖

2.2.2 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

應(yīng)力測(cè)試的目的是通過測(cè)試梁體試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)力增量的大小，直接了解結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，保證在頂升過程中混凝土箱梁拉應(yīng)力不超限。應(yīng)變值的監(jiān)測(cè)通過在梁體布置電阻應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)[6]。

該項(xiàng)目選擇1#墩和2#墩位置箱梁截面作為應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面（見圖8），每個(gè)截面布置4個(gè)電阻應(yīng)變片，布置在箱梁底部（見圖9）?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備如圖10所示。

圖8 全橋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

圖9 箱梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

圖10 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變監(jiān)控圖

3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

由有限元軟件模擬分析可知，頂升1#臺(tái)和2#墩時(shí)，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在3#墩梁底位置。因此，該項(xiàng)目于11月29日～12月1日對(duì)1#臺(tái)、2#墩進(jìn)行半橋同步頂升施工及更換支座期間，對(duì)1#臺(tái)和2#墩頂升高度及3#墩梁底應(yīng)力進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，于12月4日～12月7日對(duì)3#墩、4#臺(tái)進(jìn)行半橋同步頂升施工及更換支座期間，對(duì)3#墩、4#臺(tái)頂升高度和2#墩梁底應(yīng)力進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與有限元模擬分析得到的理論值比較如圖11、圖12所示。

由圖11和圖12可以看出，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)頂升高度均未超過15mm，現(xiàn)場(chǎng)頂升高度控制良好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)頂升高度，通過有限元軟件模擬分析得到的梁底應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力趨勢(shì)基本一致，但數(shù)值有一定誤差。初步分析誤差原因?yàn)橄淞夯炷晾碚搹椥阅Ａ颗c現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際彈性模量不同導(dǎo)致，因施工期箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)情況及混凝土彈性模量發(fā)展等原因，服役后混凝土彈性模量普遍高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致半橋頂升后，箱梁實(shí)際應(yīng)力分布情況與有限元軟件模擬分析結(jié)果出現(xiàn)一定偏差。

圖11 1#、2#墩頂升高度及3#墩底板支撐處實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力圖

圖12 3#、4#墩頂升高度及2#墩底板支撐處實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力圖

4 結(jié)論

本文通過對(duì)一座連續(xù)梁橋半橋同步頂升施工監(jiān)控進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論：

（1）有限元模擬分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)基本一致，說明可以通過有限元軟件對(duì)頂升施工過程中結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便指導(dǎo)施工；

（2）有限元模擬分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)梁底應(yīng)力具體數(shù)值存在一定偏差，初步認(rèn)為偏差原因?yàn)橄淞夯炷翉椥阅Ａ坷碚撝蹬c現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不同導(dǎo)致；

（3）該項(xiàng)目半橋同步頂升施工監(jiān)控結(jié)果良好，監(jiān)控方案可為類似工程提供借鑒。