橋梁支座更換施工技術(shù)的研究

摘要：本文介紹了橋梁支座合理布置及舊橋支座更換方法，以尚志公鐵立交橋支座更換工程為例，重點(diǎn)研究了鋼扁擔(dān)梁法更換支座的原理，并針對(duì)尚志公鐵立交橋支座的重新設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了鋼扁擔(dān)梁法更換該橋支座的支座更換施工系統(tǒng)，擬定合理的施工工藝及保證梁體均勻上升的技術(shù)控制措施。對(duì)該法的經(jīng)濟(jì)造價(jià)和社會(huì)效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：支座合理布置；支座更換；鋼扁擔(dān)梁法；施工控制

我國現(xiàn)有橡膠支座的完好率很低，許多已經(jīng)達(dá)到必須重新布置和更換的程度。一般來說，支座更換的方法很多，常見的主要有枕木滿布式支架法、整體頂升法、“鞍型支座”法、橋面鋼導(dǎo)梁法，這些方法各有有缺點(diǎn)。這就涉及到在重新布置和更換支座的同時(shí)，怎樣才能保證施工更快速、更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用。針對(duì)這個(gè)問題，這里將研究一種新穎，且兼有大量?jī)?yōu)點(diǎn)的鋼扁擔(dān)梁法，設(shè)計(jì)了采用該方法進(jìn)行支座更換的施工系統(tǒng)和施工程序，提出控制梁體均勻整體上升的關(guān)鍵控制措施。

1 橋梁支座更換的新技術(shù)理論

1.1鋼扁擔(dān)梁法更換支座的基本原理

鋼扁擔(dān)梁法的支撐位置在橋面上，支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。在頂升梁上打孔，綁制鋼帶，安置鋼扁擔(dān)梁，以相鄰跨梁體為支撐基礎(chǔ)，配合頂升設(shè)備，抬升梁體。該法與橋面鋼導(dǎo)梁法的頂升基礎(chǔ)相同，都是以橋面為基礎(chǔ)，不同之處是鋼導(dǎo)梁(杠桿)不用橫跨整個(gè)橋孔來頂升梁體，而是將鋼導(dǎo)梁縮短到4m長(zhǎng)左右，運(yùn)用扁擔(dān)的原理，利用鋼扁擔(dān)梁和鋼帶在相鄰跨用千斤頂頂升梁體。

1.2鋼扁擔(dān)梁法更換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)原則及應(yīng)考慮事項(xiàng)

受力可能不利，因此需對(duì)B、D截面間進(jìn)行主應(yīng)力驗(yàn)算，以達(dá)到施工的安全，以免破壞梁體

(2) 設(shè)計(jì)程序

① 設(shè)計(jì)托架(雙工字鋼)及鋼帶和鋼棒；

② 暫定 ，計(jì)算x的初值；

③ 設(shè)計(jì)鋼扁擔(dān)梁法(杠桿)；

鋼帶和鋼棒是鋼構(gòu)件，鋼扁擔(dān)梁(杠桿)及托梁(梁底工字鋼、鋼枕梁)是雙工字鋼焊接構(gòu)件，也可用兩根槽鋼組成工字型鋼來作為杠桿及托梁。在選用千斤頂時(shí)將PA乘以安全系數(shù)3。千斤頂?shù)膫€(gè)數(shù)及設(shè)置在橋面上均勻分布，并使用型號(hào)和性能完全一致的液壓千斤頂。確定千斤頂?shù)臄?shù)量后，將PA分配給各個(gè)千斤頂即可。在各千斤頂下方加一縱向墊板，墊板下均勻鋪設(shè)細(xì)砂，這樣會(huì)大大減少橋面板和梁體所受的彎剪作用；

④ 計(jì)算杠桿和吊架重量W、距離lw，及系數(shù)a。

⑤ 將a代入（式1）中，重復(fù)上述程序，并由（式3）得出RF；

⑥ 驗(yàn)算蓋梁包括受扭的抗剪強(qiáng)度、墩身及基礎(chǔ)的抗彎強(qiáng)度，若安全度不夠，可灼量增加x，再重復(fù)計(jì)算，直到符合要求為止；

⑦ 梁體頂起后，進(jìn)行梁體局部抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算、鋼帶與鋼棒承載力驗(yàn)算、挑梁受彎強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算、梁底工字鋼受彎強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算、部分鋼枕梁受彎強(qiáng)度驗(yàn)算，如果某項(xiàng)安全度不夠時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾痈鳂?gòu)件尺寸，直到符合要求為止；

⑧ 計(jì)算梁體頂起時(shí)的鋼帶拉力R1，求出此時(shí)B、D截面間梁體所產(chǎn)生的主應(yīng)力，若安全度不夠，可灼量調(diào)整a、b的數(shù)值，再重復(fù)計(jì)算，直到符合要求為止。

2支座更換的施工工藝

2.1支座更換前的準(zhǔn)備工作

為保證修復(fù)后梁體位置符合原設(shè)計(jì)要求、支座安裝準(zhǔn)確，須在施工前對(duì)原橋支座中心線進(jìn)行測(cè)量放樣。橋面連續(xù)擬從跨中墩向兩側(cè)分別鑿除的方法，以原設(shè)計(jì)中的連續(xù)兩道設(shè)計(jì)伸縮縫間的梁孔數(shù)為一個(gè)鑿除單位，對(duì)其間的橋面連續(xù)一次性鑿除，對(duì)下一組橋面連續(xù)不解除鎖定。此項(xiàng)操作不能破壞梁頭頂板與封錨。為滿足施工設(shè)計(jì)要求，保證原橋面的完整性，將一整孔梁及橋面附屬結(jié)構(gòu)用六組吊梁設(shè)施支起。

結(jié)合尚志公鐵立交橋，在第一片梁與第二片箱梁之間和第七片與第六片箱梁之間翼板處、中梁梁肋兩側(cè)距蓋梁0.89m打兩吊裝孔，吊裝孔為橫橋向并列排布，孔長(zhǎng)20cm，孔寬10cm，孔距為挑梁的寬度(40cm)。在準(zhǔn)備吊起的梁底橫橋向距蓋梁50cm處安置一個(gè)10.90m與梁底同寬的雙工字鋼，把挑梁與梁底型鋼通過吊裝孔用鋼帶錨固牢固。再用導(dǎo)鏈通過絞縫捆綁每片梁與梁底工字鋼，使之成為一個(gè)整體。且在橋面上距蓋梁2.55m處設(shè)置一個(gè)3m長(zhǎng)型鋼作為支點(diǎn)，并對(duì)型鋼進(jìn)行超平，型鋼下墊鋼板，鋼板下均勻攤鋪細(xì)紗，以保證橋面受力均勻。為防止整孔梁支起后在千斤頂上發(fā)生重力下滑，須在上坡端采取固定措施，即用Φ28mm鋼絲繩一端固定在上坡點(diǎn)墩柱上，另一端固定在梁端上，使之不能向下滑動(dòng)。

2.2支座更換的控制措施

結(jié)合實(shí)際工程，支座更換施工選用了位移計(jì)做控制，即在每一主梁頂面設(shè)一位移計(jì)作為高程觀測(cè)點(diǎn)，在每級(jí)荷載施加后，隨時(shí)測(cè)量各梁的豎向變位，根據(jù)變位情況隨時(shí)調(diào)整下一級(jí)各千斤頂?shù)氖┝Υ笮?，以保證各主梁盡量同步上升。每級(jí)荷載作用下梁體頂升的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1，由于第8個(gè)加載級(jí)時(shí)，梁體已經(jīng)整體頂起，此時(shí)數(shù)據(jù)僅供參考。

注：第8個(gè)加載級(jí)是最后一個(gè)加載級(jí)，此時(shí)梁體已經(jīng)整體頂起。

從表1可以看出，在各級(jí)頂升荷載作用下，除4#梁外，其余各梁的頂升相對(duì)較為均勻，這可能是由于梁底不平及4#梁上的吊帶在安裝時(shí)偏松所致；在第7級(jí)頂升荷載作用下，3#梁與4#梁間頂升數(shù)值的差值最大，為0.5mm，此數(shù)值不能導(dǎo)致相鄰梁間的橋面鋪裝開裂，在理論容許限值范圍內(nèi)。因此，在施工過程中，沒有對(duì)4#梁上的的吊帶的緊度進(jìn)行調(diào)整。在單個(gè)千斤頂?shù)捻斏奢d達(dá)到532.76kN時(shí)，待抬升橋孔整體上升，理論計(jì)算的抬升荷載為583KN。由此可見，理論計(jì)算的抬升荷載與實(shí)際的頂升荷載十分接近，說明理論計(jì)算的頂升荷載是正確的。由于相鄰梁間的豎向頂升高差在容許值范圍內(nèi)，達(dá)到了控制目標(biāo)。因此，在頂升過程中，未對(duì)各千斤頂?shù)牧χ颠M(jìn)行調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在頂升的過程中，橋面未發(fā)生開裂及其它任何破損，達(dá)到了原設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)，這也充分說明本文的所設(shè)計(jì)支座更換施工系統(tǒng)是安全可行的，頂升方案和控制措施是合理的。梁體頂升實(shí)踐表明，在梁體頂升過程中，容許限值會(huì)導(dǎo)致橋面開裂。在舊橋的支座更換過程中，應(yīng)事先對(duì)各梁的抬升量進(jìn)行計(jì)算，確保各梁的抬升量的差值在容許值范圍內(nèi);在梁體頂升過程中，應(yīng)實(shí)際合理的監(jiān)控措施，對(duì)各梁的上升情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控的情況隨時(shí)調(diào)整各千斤頂頂升力的大小，以確保安全。

通過本文的分析與研究，可以得出如下結(jié)論：

在支座更換系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，鋼構(gòu)件的型號(hào)選用合理，梁體及墩身在短暫狀況下的應(yīng)力符合要求，說明尚志大橋鋼扁擔(dān)梁法更換系統(tǒng)合理，在施工時(shí)是可行的；在施工程序上，選用位移計(jì)做控制，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在頂升的過程中，橋面未發(fā)生開裂及其它任何破損，達(dá)到了原設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)；鋼扁擔(dān)梁法在工程造價(jià)方面比滿布支架法7%，在技術(shù)方面和產(chǎn)生的社會(huì)效益方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于滿布支架法，總體效益可節(jié)約34.9%

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