連續(xù)T梁同步頂升更換支座的施工監(jiān)控技術(shù)

于心然，陳開(kāi)群

(1.江蘇寧宿徐高速公路有限公司，江蘇 宿遷 223800；2.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

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連續(xù)T梁同步頂升更換支座的施工監(jiān)控技術(shù)

于心然1，陳開(kāi)群2

(1.江蘇寧宿徐高速公路有限公司，江蘇 宿遷 223800；2.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

文章以某大橋同步頂升更換支座為例，圍繞橋梁支座更換施工過(guò)程中梁體的豎向位移、頂升力、梁體應(yīng)變(應(yīng)力)等指標(biāo)，介紹了在不中斷交通情況下，連續(xù)T梁同步頂升更換支座施工監(jiān)控技術(shù)，為同類(lèi)橋梁更換支座施工監(jiān)控提供參考。

橋梁加固；支座更換；同步頂升；豎向位移；梁體應(yīng)變；施工監(jiān)控

0 引言

橋梁建成通車(chē)十余年后，板式橡膠支座出現(xiàn)環(huán)向鼓凸開(kāi)裂、四氟板滑脫、滑動(dòng)支座反置、支座墊石上墊鋼板銹蝕等現(xiàn)象，支座已喪失其傳力和變形功能，應(yīng)及時(shí)更換。

支座更換的主要實(shí)施階段為：頂升階段→持荷階段→落梁階段。對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生較大影響的是梁體頂升和落梁兩個(gè)階段。在不中斷橋面交通的條件下，采用同步頂升系統(tǒng)對(duì)梁體進(jìn)行橫向同步，縱橋向逐墩頂升[2]的方案，理想狀態(tài)下，該方案對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)影響較小，但實(shí)際施工中，由于許多不確定因素的

影響，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)附加應(yīng)力，致使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)進(jìn)一步損傷甚至破壞。影響結(jié)構(gòu)受力變化的主要因素有：

(1)橋梁使用一段時(shí)期后，下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的沉降差，或者在施工期間的超方等，造成結(jié)構(gòu)支座反力分配狀況與理論值之間出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致理論頂升力與實(shí)際所需頂升力不符，將影響各支點(diǎn)位移的同步。

(2)在頂升和落梁階段，由于頂升設(shè)備或頂升速率存在差異，將導(dǎo)致梁體出現(xiàn)相對(duì)位移差，過(guò)大的位移差會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的附加應(yīng)力。

(3)梁體頂升，伸縮縫處出現(xiàn)高差，在行車(chē)反復(fù)沖擊下，可能會(huì)損壞頂升設(shè)備，進(jìn)而影響梁體結(jié)構(gòu)安全。

因此，要求在實(shí)施梁體頂升的過(guò)程中必須采取嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)措施，及時(shí)掌控梁體在頂升過(guò)程中的狀態(tài)變化，避免對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次破環(huán)。本文以江蘇某高速公路一座連續(xù)T梁橋更換支座為研究對(duì)象，介紹在不中斷交通情況下，對(duì)橋梁支座更換施工過(guò)程中梁體的豎向位移、頂升力、梁體應(yīng)變(應(yīng)力)等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保安全可控，為同類(lèi)橋梁更換支座的施工監(jiān)控提供參考。

1 工程概況

某大橋?yàn)榻K某高速公路主線橋，位于半徑R=10 000m的圓曲線上，橋梁分為左右幅。上部結(jié)構(gòu)為7跨30m預(yù)制T梁(每幅有6片T梁)，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，全橋一聯(lián)，橋長(zhǎng)217m。下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩、三柱式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。經(jīng)查，板式橡膠支座環(huán)向鼓凸開(kāi)裂、四氟板滑脫、滑動(dòng)支座反置、支座墊石上墊鋼板銹蝕。根據(jù)《公路橋梁橡膠支座病害評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T2172)[1]，該橋支座病害等級(jí)評(píng)定為2級(jí)和3級(jí)的占整橋支座數(shù)量的50%以上，且每個(gè)墩臺(tái)上均存在3級(jí)支座，應(yīng)將全橋支座予以更換。

2 監(jiān)控實(shí)施

同步頂升更換支座的施工監(jiān)控主要指標(biāo)是：頂升力、梁體位移和梁體的應(yīng)變(應(yīng)力)，以梁體的豎向頂升位移為主控指標(biāo)[3]。

主要監(jiān)測(cè)設(shè)備：PLC計(jì)算機(jī)同步頂升系統(tǒng)、百分表、振弦式表面應(yīng)變計(jì)、數(shù)據(jù)采集儀等。

2.1 頂升力監(jiān)控

頂升力的監(jiān)控目的即監(jiān)控各支點(diǎn)頂升力在計(jì)算允許值之內(nèi)，不能出現(xiàn)異常增大或異常偏低現(xiàn)象。否則，應(yīng)立即停止頂升，查找原因。

以該橋的左幅第一跨0#臺(tái)為例來(lái)闡述同步頂升梁體更換支座的施工監(jiān)控。0#臺(tái)上的千斤頂和臨時(shí)支撐沿主梁縱向布置，如圖1所示。

圖1 0#臺(tái)各支點(diǎn)示意圖

梁體頂升總高度為5mm，分5級(jí)實(shí)施，每級(jí)向上頂升1mm。通過(guò)同步頂升監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控得到的頂升力見(jiàn)表1，頂升至5mm的監(jiān)控界面如圖2所示。

圖2 左幅第一跨0#臺(tái)同步頂升5.0 mm監(jiān)控界面圖

根據(jù)理論計(jì)算，0#臺(tái)上的6片T梁支座的理論支反力(恒載)和最大支反力(恒載+活載)以及分級(jí)頂升過(guò)程中的支點(diǎn)實(shí)際反力與支點(diǎn)理論反力匯總見(jiàn)下頁(yè)表1和圖3。

表1 0#臺(tái)1#～6#梁分級(jí)頂升過(guò)程中的支點(diǎn)實(shí)際反力與支點(diǎn)理論反力匯總表(單位：t)

圖3 0#臺(tái)1#～6#梁分級(jí)頂升的支點(diǎn)實(shí)際反力(恒載+活載)與支點(diǎn)理論反力(恒載)圖

從表1和圖3可以看出，0#臺(tái)各支點(diǎn)實(shí)際反力遠(yuǎn)小于支點(diǎn)理論最大反力。0#臺(tái)各支點(diǎn)理論支反力(恒載)之和為289.3t，頂升階段支點(diǎn)實(shí)際反力(恒載+活載)之和最大值為321t，二者差值為31.7t。這個(gè)差值理論上就是不中斷交通橋面活載在0#臺(tái)上產(chǎn)生的支反力。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均在容許值內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況。

2.2 梁體位移監(jiān)控

在整個(gè)頂升(落梁)過(guò)程中，在頂升支點(diǎn)附近的相應(yīng)位置布設(shè)位移計(jì)，監(jiān)測(cè)上部結(jié)構(gòu)梁體的豎向位移量，保證相對(duì)位移差滿足設(shè)計(jì)文件要求。定義頂升前梁體位置δ0=0mm為基準(zhǔn)線，每級(jí)理論頂升1mm，n表示累計(jì)理論頂升nmm，δn表示累計(jì)理論頂升nmm時(shí)的實(shí)際頂升位移，δn-δn-1表示每級(jí)實(shí)際頂升高度。ψn表示累計(jì)理論頂升nmm時(shí)0#臺(tái)各支點(diǎn)最大頂升位移差，Δi表示第i階段實(shí)測(cè)落梁位移。

通過(guò)對(duì)頂升和落梁過(guò)程中δn、ψn、Δi等參數(shù)的監(jiān)控，了解梁體位移的變化，指導(dǎo)施工。

位移監(jiān)控采用PLC同步頂升位移監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。位移測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖4～5。

圖4 位移測(cè)點(diǎn)斷面布置示意圖(單位：cm)

圖5 位移測(cè)點(diǎn)示意圖

左幅0#臺(tái)1#～6#梁頂升過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集。頂升1～5mm各階段1#～6#梁位移數(shù)值見(jiàn)表2～4。

表2 左幅0#臺(tái)頂升豎向位移數(shù)值表(單位：mm)

從表2可以看出，每級(jí)向上頂升1mm時(shí)誤差最大值為0.17mm，5級(jí)累計(jì)誤差最大值為0.27mm，小于容許值(0.5mm)。

表3 左幅0#臺(tái)分級(jí)頂升過(guò)程中各支點(diǎn)頂升最大位移差數(shù)值表 (單位：mm)

說(shuō)明：表中ψ1，表示左幅0#臺(tái)同步頂升至1mm時(shí)各支點(diǎn)最大位移差。

從表3可以看出，相鄰支點(diǎn)(梁)之間頂升位移差最大值為0.26mm，也均小于容許值(0.5mm)。

表4 左幅0#臺(tái)頂升及落梁支點(diǎn)豎向位移匯總表(單位：mm)

從表4可以看出，支座更換結(jié)束落梁后，在1#～6#梁中，2#梁標(biāo)高上升最大，為0.26mm；6#梁標(biāo)高下降最大，為-0.06mm；各相鄰梁標(biāo)高變化差最大值為0.22mm。也均小于容許值(0.5mm)，滿足設(shè)計(jì)要求。

設(shè)計(jì)采用分級(jí)頂升梁體，每級(jí)頂升量為1mm，同一墩臺(tái)各支點(diǎn)頂升位移差控制在0.5mm以內(nèi)。左幅0#臺(tái)頂升梁體過(guò)程中，頂升至5mm時(shí)各支點(diǎn)出現(xiàn)最大頂升位移差，為ψ5=0.26mm(小于容許值0.5mm)?？傢斏叨茸畲笾蛋l(fā)生在2#梁，為δ5=5.27mm(設(shè)計(jì)最大頂升高度≤7mm)。5#梁落梁位移最大，為Δ2=5.08 mm；2#梁施工前后標(biāo)高變化最大，為0.32 mm(升高)。4#與5#相鄰梁施工前后標(biāo)高變化差最大，為0.22 mm(小于容許值0.5 mm)?？v向無(wú)偏位情況，所有數(shù)據(jù)均在監(jiān)控要求范圍之內(nèi)。

3 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

選擇各跨關(guān)鍵斷面，通過(guò)監(jiān)測(cè)梁體控制截面應(yīng)力狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不均勻頂升對(duì)梁體造成的危害，確保應(yīng)變變化幅值滿足設(shè)計(jì)要求，梁體不出現(xiàn)損傷。

應(yīng)變監(jiān)測(cè)采用適用于長(zhǎng)期應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，配套高精度頻率采集儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變采樣。本次采用的讀數(shù)儀自動(dòng)按以下公式計(jì)算功能，在監(jiān)控時(shí)采用此種讀數(shù)儀可方便直接讀出應(yīng)變值(即單次測(cè)量可直接得到εm=kΔF+bΔT值)，便于及時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)物或其它材料結(jié)構(gòu)物內(nèi)及表面上的表面應(yīng)變計(jì)，受到的是變形和溫度的雙重作用，表面應(yīng)變計(jì)的一般計(jì)算公式為：

εm=kΔF+bΔT；

(1)

式中：εm——被測(cè)結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變量，單位為10-6；

k——表面應(yīng)變計(jì)測(cè)量應(yīng)變量的最小讀數(shù)，單位為10-6/F；

ΔF——表面應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為F；

b——表面應(yīng)變計(jì)的溫度修正系數(shù)，單位為10-6/℃；

ΔT——溫度實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為℃。

應(yīng)變監(jiān)控主要是在頂升、持荷和梁體回落過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵截面進(jìn)行監(jiān)控，將實(shí)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)相比較。傳感器采用振弦式表面應(yīng)變傳感器。傳感器應(yīng)布置在應(yīng)力最大處，在頂升0#臺(tái)時(shí)，在第一跨梁體應(yīng)力(應(yīng)變)最大處在梁的另一端即1#墩斷面的T梁底部。0#臺(tái)頂升梁體應(yīng)變檢測(cè)數(shù)值見(jiàn)表5和圖6，落梁梁體應(yīng)變檢測(cè)數(shù)值見(jiàn)表6。

表5 0#臺(tái)頂升梁體應(yīng)變記錄表 (單位：με)

圖6 左幅0#臺(tái)梁體頂升應(yīng)變變化示意圖

表6 0#臺(tái)落梁梁體應(yīng)變記錄表 (單位：με)

從表5～6和圖6可以看出，最大應(yīng)變?yōu)?με，約0.238MPa，小于按照強(qiáng)迫位移為3mm驗(yàn)算得到的控制應(yīng)變?yōu)?0με(約0.34MPa)要求。從圖6可以看出，頂升量>5mm時(shí)，在梁體上產(chǎn)生的應(yīng)變(應(yīng)力)增加明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)橋梁同步頂升更換支座施工監(jiān)控的主要監(jiān)控指標(biāo)是：頂升力、梁體位移和梁體的應(yīng)變(應(yīng)力)，以梁體的豎向頂升位移為主控指標(biāo)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，頂升力、梁體位移和梁體的應(yīng)變(應(yīng)力)均可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安全可控。

(2)該橋第一跨0#臺(tái)持荷階段總的頂升力是318t，每片梁最大頂升力是58t，均在理論支反力(恒載+活載)以內(nèi)。若結(jié)構(gòu)受到不正常的約束，頂升力會(huì)持續(xù)增大，應(yīng)及時(shí)停止頂升，解除約束。

(3)0#臺(tái)梁體持荷階段數(shù)據(jù)采集儀顯示的最大頂升位移為5.27mm，最小5.01mm，滿足設(shè)計(jì)要求(≤7mm)。0#臺(tái)6片梁同步頂升過(guò)程中最大的位移差為0.26mm，滿足設(shè)計(jì)要求(≤0.5mm)。

(4)0#臺(tái)梁體頂升過(guò)程中，在第一跨梁體上產(chǎn)生的最大應(yīng)變?yōu)?με，約0.238MPa，小于按照強(qiáng)迫位移為3mm驗(yàn)算得到的控制應(yīng)變?yōu)?0με(約0.34MPa)要求。頂升量>5mm時(shí)，在梁體上產(chǎn)生的應(yīng)變(應(yīng)力)增加明顯。

(5)更換支座施工同步進(jìn)行施工監(jiān)控，可以及時(shí)掌握梁體關(guān)鍵截面受力情況和梁體位置的變化，可提前預(yù)警，避免發(fā)生施工安全事故。

[1]DB32/T2172,公路橋梁橡膠支座病害評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]許崇法，王成明,等.寧宿徐高速公路下草灣大橋病害檢測(cè)及同步頂升更換支座實(shí)施方案[Z].南京：東南大學(xué)，2014.

[3]黃研昕，周明華，翟瑞興.基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的公路橋梁支座更換技術(shù)[J].公路工程，2013(4)：103-106.

Construction Monitoring Technology of Synchronous Lifting for Bearing Replacement of Continuous T-girder

YU Xin-ran1，CHEN Kai-qun2

(1.Jiangsu Ninsuxu Expressway Co.，Ltd.，Suqian，Jiangsu，223800；2.Guangxi Xinfazhan Communications Group Ltd.，Nanning，Guangxi，530029)

Taking the synchronous lifting of a bridge for bearing replacement as the example，and around the vertical displacement，lifting force，beam strain(stress)and other indicators of the beam during the bridge bearing replacement construction，this article introduced the synchronous lifting construction mo-nitoring technology for the bearing replacement of continuous T-girder without interrupting the traffic，thereby providing the reference for the bearing replacement construction monitoring of similar bridges.

Bridge reinforcement；Bearing replacement；Synchronous lifting；Vertical displacement；Beam strain；Construction monitoring

于心然(1970—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.01.009

1673-4874(2015)01-0038-05

2014-12-07