淺議橋梁頂升支撐墊塊

李明亮

（上海同盛內(nèi)河航道建設(shè)發(fā)展有限公司，上海200092）

0 引言

橋梁頂升技術(shù)作為一種新型的橋梁改造技術(shù)，以其施工周期短，經(jīng)濟(jì)效果好，對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于國內(nèi)外橋梁改造工程中。而橋梁頂升支撐墊塊，作為橋梁頂升工程中保證橋梁支撐安全性極其重要的組成部分，對(duì)其進(jìn)行分析和研究是非常有價(jià)值的。

1 常用的橋梁頂升支撐墊塊

1.1 木楔墊塊

其優(yōu)點(diǎn)是易于制作，壓縮性好，墊塊間易吻合，重量輕，便于搬運(yùn)和安裝，一次性投入費(fèi)用較鋼墊塊低。

其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，使用后再利用率低，浪費(fèi)森林資源，墊塊間的連接不便，需加設(shè)鋼外框。由于強(qiáng)性模量較低，如全部采用木墊塊，則較大的彈性變形浪費(fèi)了頂升的有效行程，影響頂升進(jìn)度。

可利用木墊塊的優(yōu)點(diǎn)制作少量的調(diào)節(jié)墊塊（見圖 1）。

圖1 木楔墊塊實(shí)景

1.2 預(yù)制鋼筋混凝土墊塊

預(yù)制鋼筋混凝土墊塊在預(yù)制廠加工生產(chǎn)，墊塊內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，墊塊外設(shè)置螺栓孔進(jìn)行連接（見圖 2）。

圖2 預(yù)制鋼筋混凝土墊塊實(shí)景

預(yù)制鋼筋混凝土墊塊的優(yōu)點(diǎn)是制作成本較低，強(qiáng)度較高,不易變形，制作速度較快，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定墊塊的形狀。

缺點(diǎn)是墊塊的制作精度不易控制，重量較重，制作時(shí)需采取措施消除或降低其不利影響。

1.3 鋼管混凝土墊塊

鋼管混凝土是在經(jīng)加工的鋼管內(nèi)部澆注混凝土，然后在鋼管外焊接連接肋板，以便上、下墊塊進(jìn)行連接，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

其優(yōu)點(diǎn)是，加工較方便，抗壓強(qiáng)度高，不易變形，制作速度快，加工精度較高。

其缺點(diǎn)是，重量重，混凝土找平的精度不易控制，加工造價(jià)相對(duì)高，再利用不方便。

1.4 精加工鋼管墊塊（工具式墊塊）

精加工鋼管墊塊采用精加工Φ600×12 mm鋼管，鋼管上下兩端焊接厚為12 mm的法蘭，側(cè)面焊有連接用構(gòu)件。為適應(yīng)千斤頂?shù)捻斏谐?，鋼墊塊的高度分別為 100 mm、200 mm、500 mm和1000 mm，鋼墊塊間通過法蘭連接（見圖3）。

圖3 精加工鋼管墊塊實(shí)景

其優(yōu)點(diǎn)是，加工較方便，制作速度快，加工精度較高。

此墊塊的缺點(diǎn)是：承載力相對(duì)較低，平面密排布置要求施工空間較大。

2 橫潦涇大橋頂升采用的支撐墊塊

2.1 鋼箱混凝土組合墊塊

橫潦涇大橋主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，最大跨度126 m，主橋單幅上部結(jié)構(gòu)總重104 080 kN。由于上部荷載重，所需頂升力大，同時(shí)橫潦涇大橋結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)是在主墩頂升位置處的平面空間較小，采用傳統(tǒng)的液壓千斤頂加工具式法蘭鋼墊塊很難實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過綜合比選，該工程采用了整塊鋼箱混凝土組合式墊塊，為了保證該鋼箱混凝土組合式墊塊強(qiáng)度、耐久性和施工方便性，確保工程安全，需對(duì)其通過深入研究，得出這種組合式墊塊的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

2.1.1 鋼箱混凝土墊塊初選

鋼箱混凝土墊塊初步選用外形為長(zhǎng)方體的鋼箱，平面尺寸為 1.85 m×1.85 m，墊塊高度為100 mm，以適應(yīng)千斤頂行程的需要?？紤]到平整度要求，在內(nèi)部設(shè)置加勁肋將鋼箱分隔成小格箱，格箱內(nèi)放置鋼筋網(wǎng)片，并澆注混凝土。

2.1.2 MIDAS軟件模擬吊點(diǎn)起吊

通過MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)該墊塊進(jìn)行多吊點(diǎn)起吊模擬，模擬后發(fā)現(xiàn)，高度為100 mm的鋼箱墊塊起吊后，墊塊變形較大，與實(shí)際起吊觀察情況相符（見圖4）。

圖4 MIDAS模擬吊點(diǎn)起吊位移云圖

考慮上面因素，將鋼箱墊塊下蓋板及周邊封板的鋼板厚度增加至12 m，中間肋板改為10 mm厚，并將墊塊標(biāo)準(zhǔn)高度增加至200 mm，混凝土采用C50普通混凝土。

2.1.3 對(duì)修正后的鋼箱混凝土墊塊承載力進(jìn)行有限元模擬

采用有限元分析軟件ansys對(duì)墊塊加載工況進(jìn)行模擬，其中鋼筋混凝土部分采用solid65單元，用整體式模型建模，將鋼筋連續(xù)均勻分布于整個(gè)單元中，鋼板部分采用solid45單元，兩種單元都為八節(jié)點(diǎn)單元，可以較好地結(jié)合。單元?jiǎng)澐秩鐖D5所示。

圖5 鋼箱混凝土墊塊單元?jiǎng)澐謭D（對(duì)稱取1/4）

在墊塊左部分上部施加均勻荷載，當(dāng)加載到600 t（混凝土應(yīng)力約60 MPa）時(shí)開始出現(xiàn)微裂縫。此時(shí)混凝土開裂如圖6所示。

圖7 ansys模擬混凝土開裂圖（600t時(shí)）

觀察混凝土開裂圖可知，主橋主墩加載到600 t時(shí)，出現(xiàn)較少量微裂縫，加載到700 t出現(xiàn)少量壓碎，因此可以取600 t作為安全加載荷載。

2.1.4 現(xiàn)場(chǎng)模擬加載試驗(yàn)

2.1.4.1 試驗(yàn)機(jī)具

（1）2000 t壓機(jī)；

（2）1 850 mm×1 850 mm×200 mm鋼箱混凝土墊塊一塊；

（3）500 mm×160 mm×20 mm鋼板一塊。

2.1.4.2 試驗(yàn)步驟

（1）墊塊安放在壓機(jī)上，在墊塊上放置500 mm×160 mm×20 mm鋼板；

（2）啟動(dòng)2 000 t的壓機(jī),按2 000 kN荷載加載到墊塊上的鋼板處；

（3）持續(xù)加載10 min；

（4）卸載，壓機(jī)收缸；

（5）觀察鋼箱墊塊混凝土表面及四周鋼板焊縫裂縫及變形情況。

2.1.4.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）加載到 5 250 kN（約 65.5 MPa）時(shí)，開始出現(xiàn)微裂縫；

（2）加載到 9 000 kN（約 112.5 MPa）時(shí)，開始出現(xiàn)失穩(wěn)變形，壓力迅速降至8 000kN。

由以上可知現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的模擬加載試驗(yàn)與有限元模擬結(jié)果相符。

因此最終確定墊塊的最終加工結(jié)構(gòu)形式為：200 mm高，平面尺寸為1.85 m×1.85 m的鋼箱混凝土墊塊，鋼箱下部設(shè)置12 mm厚鋼墊板，四周為12 mm厚封板，中間設(shè)置10 mm厚肋板形成方格網(wǎng)，箱內(nèi)澆注C50普通混凝土。

2.2 隨動(dòng)抄墊體系（見圖7）。

圖7 隨動(dòng)體系實(shí)景

橫潦涇大橋引橋?yàn)楹?jiǎn)支板梁，兩側(cè)各11孔，跨徑為22 m，每側(cè)長(zhǎng)度11×22=242（m）。由于引橋跨數(shù)多，跨度較大，為了保證頂升安全性，對(duì)引橋頂升采用了一種全新的橋梁頂升支撐墊塊體系——隨動(dòng)支撐墊塊體系。

該支撐墊塊體系由工具式墊塊和隨動(dòng)支撐體系構(gòu)成。隨動(dòng)支撐體系是由隨動(dòng)千斤頂、平衡油缸、油管等組成，幾個(gè)隨動(dòng)千斤頂下格放置一個(gè)平衡油缸，通過油管聯(lián)通，以保證每個(gè)隨動(dòng)頂受力均勻。

隨動(dòng)支撐墊塊體系的工作原理：頂升時(shí)頂升千斤頂按指令位移頂升上部結(jié)構(gòu)，隨動(dòng)千斤頂自動(dòng)跟進(jìn)，等頂升千斤頂達(dá)到指令位移后，頂升千斤頂停止頂升，隨動(dòng)千斤頂也停止跟進(jìn)；頂升千斤頂收缸，此時(shí)隨動(dòng)千斤頂受力；頂升千斤頂下放置工具式鋼箱墊塊，頂升千斤頂伸缸頂緊，隨動(dòng)千斤頂收縮回歸原位，在隨動(dòng)千斤頂下放置工具式鋼箱墊塊，然后頂升千斤頂設(shè)定壓力，頂緊上部結(jié)構(gòu)。重復(fù)以上步驟，直到把橋梁頂升到位。

采用隨動(dòng)支撐體系目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種在主動(dòng)頂升千斤頂油缸的油壓在意外情況下突然卸壓時(shí)仍能有效支撐上部結(jié)構(gòu)、避免上部橋梁滑落的機(jī)械式隨動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，證明橋梁頂升隨動(dòng)支撐墊塊體系效果良好。

3 結(jié)語

橋梁頂升支撐墊塊本身的承載力、穩(wěn)定性直接影響橋梁頂升工程的安全，一旦墊塊出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想，因此對(duì)墊塊本身的研究顯得格外重要。本文通過對(duì)橫潦涇大橋主橋頂升墊塊的研究，以及采用一種新型的橋梁頂升墊塊體系，極大地提高了橋梁頂升工程的安全性，為以后的橋梁頂升工程起到一定的借鑒作用。

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