某沉降連續(xù)梁橋多點(diǎn)頂升加固關(guān)鍵技術(shù)分析

陳囡 景強(qiáng)

0 引言

某高速公路跨線橋分為三聯(lián),其中第三聯(lián)為現(xiàn)澆箱梁,采用單箱雙室截面,橋跨布置為40 m+40 m+25 m,箱梁頂板寬16.75 m,箱梁梁高2.0 m,懸臂板長2.375 m;下部結(jié)構(gòu)為柱式墩,肋式臺,樁基礎(chǔ),該橋澆筑完成,二期恒載還未施工前,下部樁基即產(chǎn)生不均勻沉降,其中13號、14號墩沉降比較嚴(yán)重,最大沉降量10.0 cm,15號橋臺最大沉降量1.0 cm,沉降發(fā)生后采取了加樁、加承臺、頂升恢復(fù)的處理方案,見圖1。

表1 分級同步頂升工況列表

1 頂升方案論證

分級同步頂升工況如表1所示,為了驗(yàn)證頂升方案的合理性,采用平面計(jì)算軟件“橋梁博士3.0”對頂升過程及正常使用的各項(xiàng)荷載組合進(jìn)行分析計(jì)算。建模階段將橋梁離散為111個(gè)單元,12號、14號和15號墩為單向鉸接,13號墩為鉸接,模型見圖2。計(jì)算結(jié)果表明,每一級應(yīng)力頂升的應(yīng)力增量相同,箱梁的上下緣應(yīng)力均勻增加,從最后一級頂升的累計(jì)應(yīng)力值與正常使用各級工況組合后的計(jì)算結(jié)果看,箱梁上下緣應(yīng)力均為壓應(yīng)力,下緣最小壓應(yīng)力為1.13 MPa,滿足預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求,則該頂升方案是合理的。

2 多點(diǎn)頂升方案空間分析

從圖1的加固頂升方案示意圖中可以看到,頂升千斤頂是沿橋底板寬度均勻布置的,每個(gè)頂升點(diǎn)(13號、14號墩)布置6臺500 t液壓千斤頂,考慮到施工過程中千斤頂不可避免地存在不同步現(xiàn)象,從而導(dǎo)致各千斤頂受力不均勻,甚至出現(xiàn)千斤頂脫空的現(xiàn)象。

為模擬上述情況,對13號墩的6個(gè)千斤頂分別假定以下工況:1)邊上千斤頂脫空;2)中間千斤頂脫空;3)對角千斤頂脫空。

各工況示意如圖3所示,對以上的脫空工況采用大型通用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行分析計(jì)算,全橋采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體等參單元,共劃分為98 796個(gè)單元,142 731個(gè)節(jié)點(diǎn);對12號墩、14號墩及15號墩施加橫向及豎向約束,對13號墩施加縱向約束。

三種千斤頂脫空情況導(dǎo)致的13號墩下緣橫向位置縱向應(yīng)力局部應(yīng)力變化情況如圖4所示。

從圖4可以看出,若只脫空一個(gè)千斤頂,雖然會(huì)導(dǎo)致一定程度的局部應(yīng)力變化,但變化幅度不大;若對角千斤頂脫空,結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力變化較大,在頂升過程中,需要避免此種情況的發(fā)生。據(jù)以上分析結(jié)果,對本頂升施工過程提出如下的要求:

1)頂升過程中,要求確保13號墩首先起頂,嚴(yán)禁14號墩先起頂。2)每級頂升時(shí),若橋墩沉降量大于頂升量時(shí),停止頂升。3)每級頂升時(shí),橋墩未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),不得進(jìn)行下一級頂升。4)頂升時(shí),要確保同一個(gè)墩上的各千斤頂同步、均勻受力,嚴(yán)禁對角千斤頂同時(shí)脫空現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 頂升處理過程監(jiān)控

為了確保頂升過程的安全性,驗(yàn)證頂升方案的合理性,在頂升過程中選取了13號、14號墩頂負(fù)彎矩控制截面和13號、14號墩之間跨中正彎矩截面作為應(yīng)變監(jiān)控測試截面,在各主要測試截面上、下緣布置標(biāo)距為10 cm的混凝土應(yīng)變片。

頂升施工過程各工況實(shí)測應(yīng)變與理論值對比如圖5所示,從圖5中的數(shù)據(jù)可以看出各工況實(shí)測應(yīng)變與理論值吻合較好,這表明頂升過程中梁體應(yīng)力處于可控狀態(tài),同時(shí)也反映目前的梁體受力處于彈性狀態(tài)。

整個(gè)頂升施工過程基本按預(yù)設(shè)的頂升方案實(shí)施的,實(shí)際總頂升量與理論頂升量相差在5 mm以內(nèi),在頂升過程中,梁體兩側(cè)均勻抬升,未出現(xiàn)千斤頂脫空情況,各千斤頂工作正常,各頂升過程及頂升結(jié)束后,梁體關(guān)鍵受力部位未發(fā)現(xiàn)有肉眼可視裂縫,梁體未發(fā)生開裂。

4 結(jié)語

橋梁發(fā)生沉降后,梁體內(nèi)力發(fā)生了改變,但由于設(shè)計(jì)階段的安全富余較大未發(fā)生開裂等影響橋梁正常使用的情況,為了保證橋梁的正常使用,施工及設(shè)計(jì)單位采取了加固基礎(chǔ)、頂升恢復(fù)的處理方案。本文對頂升量的確定及多點(diǎn)頂升不平衡效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)論述,并通過頂升過程的監(jiān)控驗(yàn)證了各項(xiàng)分析結(jié)果,得到以下主要結(jié)論:

1)不完全恢復(fù)沉降量的頂升方案合理、可行,既確保了橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)下能滿足相應(yīng)規(guī)范的要求,又增加了頂升施工過程的安全系數(shù),確保了頂升方案的順利實(shí)施。頂升后的橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果表明:橋梁各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求,可正常使用。

2)由于墩頂處內(nèi)置混凝土橫梁的分配作用,多點(diǎn)頂升中的千斤頂不平衡效應(yīng)并不明顯,只有在對角千斤頂完全脫空的情況發(fā)生時(shí),才會(huì)對結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力產(chǎn)生較大影響。頂升過程中需嚴(yán)格控制兩側(cè)千斤頂?shù)耐叫浴膶?shí)際頂升工藝的實(shí)施情況看,梁體兩側(cè)均勻抬升,未出現(xiàn)千斤頂脫空情況,各千斤頂工作正常,頂升施工工藝控制恰當(dāng)。

3)整個(gè)頂升過程中,梁體未出現(xiàn)肉眼可見裂縫,且通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析,橋梁結(jié)構(gòu)仍處于彈性工作狀態(tài)。

[1] 堵忠領(lǐng),焦 震.淺談橋梁加固改造中頂升技術(shù)的應(yīng)用[J].河南建材,2010(2):53-54.

[2] 桂 學(xué).橋梁頂升技術(shù)研究[D].西安:長安大學(xué),2005.

[3] 于慧楠.整體同步頂升梁板更換橋梁支座的應(yīng)用研究[D].長春:吉林大學(xué),2007.

[4] 林耿雄,姜海波.橋梁頂升技術(shù)的探討[J].廣東建材,2008(10):33-35.

[5] JTG D60-2004,公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范[S].