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不中斷交通條件下橋梁的安全控制是工程技術(shù)人員面臨的難題。高速公路車流量大且重車多，對(duì)不中斷交通條件下橋梁頂升更換支座提出了更大挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)探討實(shí)現(xiàn)安全快速更換的頂升方法制定、頂升系統(tǒng)選擇和高效可靠的安全監(jiān)控技術(shù)，并通過某高速公路連續(xù)梁橋支座更換案例進(jìn)行示范驗(yàn)證。

一、頂升方法

連續(xù)梁橋支座更換頂升方式可分為全橋整體頂升、橫向同步逐墩頂升和橫向同步縱向成比例頂升三類。

如圖1所示，全橋同步頂升方案（a）由于是對(duì)橋梁整體進(jìn)行相同高度的頂升（頂升量同為Δha），最大程度地限制了附加內(nèi)力，對(duì)交通運(yùn)營(yíng)的影響小。但同時(shí)削減了支座對(duì)梁體的約束，且投入人力大、設(shè)備多，整體成本高。

橫向同步逐墩頂升方案（b），也稱橋梁局部頂升，采取了沿橋縱向逐墩頂升的方法，頂升量為Δhb。該方法施工面小、設(shè)備投入少、經(jīng)濟(jì)性好，但橋梁變形大，附加內(nèi)力大，不適用于連續(xù)梁橋。

橫向同步縱向成比例頂升方案（c）是將橋縱向相鄰幾個(gè)橋墩進(jìn)行高度成比例的頂升，各墩頂升量按照其所在跨的跨度Li確定。ζ、η根據(jù)跨度計(jì)算的折減系數(shù)。該方案能夠使橋梁平順過渡變形，但對(duì)頂升過程控制要求較高。

連續(xù)梁橋約束程度大，細(xì)微的變形可能引起較大的附加內(nèi)力，可采用整體同步頂升，但成本高。因此可考慮通過有限元建模對(duì)多跨同步頂升和局部頂升進(jìn)行比選，流程如圖2所示。

圖1 三類典型橋梁頂升方案

圖2 頂升方案選型流程

二、同步頂升系統(tǒng)

頂升力控制。由于橋梁上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分散布置的液壓千斤頂實(shí)際負(fù)荷存在差異，因此液壓同步系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)各單元壓力可調(diào)，以適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)荷載。

位移同步控制。在橋梁頂升過程中，須防止梁體扭曲、應(yīng)力集中甚至造成結(jié)構(gòu)開裂損傷等情況，要求頂升點(diǎn)在負(fù)荷不同時(shí)能夠保持位移同步。并對(duì)壓力、位移實(shí)時(shí)監(jiān)控，保持頂升力受控、頂升過程位移同步。

計(jì)算機(jī)控制分泵組多點(diǎn)位移同步頂升系統(tǒng)的激光位移傳感器的分辨率為0.1mm，同步位移誤差可達(dá)0.2mm。同時(shí)系統(tǒng)利用光纖互聯(lián)，最長(zhǎng)連線距離可以超過5km，適用于大噸位、大跨徑或多跨的連續(xù)梁橋同步頂升更換支座。

三、施工安全監(jiān)控

光纖光柵傳感監(jiān)控技術(shù)。光纖光柵傳感器對(duì)應(yīng)變及溫度敏感，可用于支座更換過程中的橋梁結(jié)構(gòu)狀況監(jiān)控。該傳感器精度高，傳感方式為分布式，可實(shí)現(xiàn)支座頂升較小擾動(dòng)下連續(xù)梁橋關(guān)鍵區(qū)域的健康狀況監(jiān)控。

無線傳感監(jiān)測(cè)。無線傳感器在現(xiàn)有傳感器的基礎(chǔ)上增加信號(hào)處理與信號(hào)傳輸模塊，并采取電池供能的方式保障其工作。其類型包括無線位移計(jì)、無線加速度計(jì)等。連續(xù)梁橋需監(jiān)測(cè)的部位多，采用無線傳感可避免布設(shè)長(zhǎng)電纜線，從而降低成本、提高監(jiān)控效率及可靠性。

連續(xù)梁橋頂升會(huì)在梁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，可通過布置光纖光柵應(yīng)變傳感器、無線位移計(jì)等設(shè)備對(duì)支座頂升過程中梁體關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的頂升施工。

四、工程實(shí)例

某高速公路混凝土連續(xù)小箱梁橋跨徑為8×20m，4跨一聯(lián)。支座類型為板式橡膠支座，由于出現(xiàn)較嚴(yán)重病害需更換?；谟邢拊治鲈摌蜻x擇縱向逐墩、橫向同步頂升方案，使用計(jì)算機(jī)控制分泵組多點(diǎn)位移同步頂升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各頂升點(diǎn)同步頂升，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升過程梁體結(jié)構(gòu)。

以2號(hào)墩頂升為例，結(jié)合有限元分析確定了橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)頂升敏感的部位，對(duì)主梁關(guān)鍵區(qū)域應(yīng)變力、橫隔板應(yīng)變力，以及各頂升點(diǎn)的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳感器布置如圖3所示。

圖3 安全監(jiān)控傳感器布置方案

圖4 橋梁2號(hào)墩頂升點(diǎn)位移隨時(shí)間變化曲線

圖5 橋梁2號(hào)墩頂升點(diǎn)兩側(cè)腹板應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線

圖6 橋梁2號(hào)墩頂升點(diǎn)兩側(cè)遠(yuǎn)端梁底應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線

圖4為2號(hào)墩位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以看出2號(hào)墩在頂升開始時(shí)同步性較好，落梁時(shí)的同步性降低。同時(shí)1號(hào)測(cè)點(diǎn)最大位移值明顯低于其他兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，原因是由于位移計(jì)架設(shè)時(shí)未留出足夠的位移量，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。有線與無線位移計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)果吻合程度較好。落梁階段無線位移計(jì)出現(xiàn)一定程度的數(shù)據(jù)缺失，吻合程度低。

2號(hào)墩頂升時(shí)箱梁腹板上部的應(yīng)變變化情況，如圖5所示?？砂l(fā)現(xiàn)在頂升點(diǎn)左右8m范圍內(nèi)應(yīng)變情況基本相似，且均在安全范圍內(nèi)。第三跨的應(yīng)力相比第二跨較大，可能是因?yàn)闃蛄褐ё『?、長(zhǎng)期損傷等因素導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)形式并非完全對(duì)稱。

2號(hào)墩頂升時(shí)頂升點(diǎn)兩側(cè)遠(yuǎn)端處箱梁底板的應(yīng)變變化情況，如圖6所示?？砂l(fā)現(xiàn)隨著測(cè)點(diǎn)逐漸向遠(yuǎn)端支座靠近，梁底受力情況由受壓轉(zhuǎn)為受拉，最大拉應(yīng)變可達(dá)60μ ε。因此，對(duì)于所分析的連續(xù)梁橋，逐墩頂升方案會(huì)對(duì)遠(yuǎn)端支座處的梁體產(chǎn)生一定不利影響，但仍在安全范圍內(nèi)。

五、結(jié)語

本文提出了基于有限元分析的連續(xù)梁橋頂升方法制定流程，通過有限元計(jì)算確定3種頂升方法的頂升控制指標(biāo)，在保證結(jié)構(gòu)安全的情況下縱向逐墩、橫向同步頂升方式具有較好的經(jīng)濟(jì)性。連續(xù)梁橋在頂升過程應(yīng)保持位移同步，以減小連續(xù)梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加內(nèi)力；計(jì)算機(jī)控制橋梁分泵組多點(diǎn)位移同步頂升系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多跨連續(xù)梁橋同步頂升。光纖光柵傳感與無線傳感能有效提高支座頂升更換施工橋梁安全監(jiān)控的效率，降低監(jiān)控成本，可在類似的更換工程中推廣應(yīng)用。