裝配式梁橋同步頂升及同類橋梁設(shè)計建議

茹 毅，楊立坡

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051）

裝配式梁橋同步頂升及同類橋梁設(shè)計建議

茹 毅，楊立坡

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051）

以某新舊橋拼寬裝配式空心板梁橋同步頂升支座更換工程為實例，采用梁格法建模計算了其頂升支反力，討論了裝配式梁橋同步頂升工程中千斤頂及臨時支撐的布置問題。通過工程實例，指出新建橋梁下部及支座布置設(shè)計時應(yīng)考慮運營期間的支座更換問題，并提出了相關(guān)的設(shè)計建議。

同步頂升；梁格法；千斤頂；支座布置

0　引言

目前，國內(nèi)對于中小跨徑的橋梁，絕大部分均采用裝配式的鋼筋混凝土梁橋或預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。這種橋型一般采用多梁式結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的支座數(shù)量較多。由于施工、環(huán)境、支座質(zhì)量等多方面因素，在橋梁的運營過程中，支座的病害已成為此類橋梁主要病害之一。支座的病害直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)安全，為確保橋梁處于正常的使用功能狀態(tài)，需要在不造成橋梁結(jié)構(gòu)損傷的情況下對支座進行更換，恢復(fù)原有功能。

支座更換常用的方法是橋梁同步頂升施工法。其主要過程為在需要頂升部位設(shè)置臨時頂升支撐，利用千斤頂、同步頂升設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)進行抬高的移位操作，頂升就位后將梁體安放于臨時支撐上且保證其穩(wěn)定，然后對墩臺、支座或主梁進行改造施工，安裝支座，最后落梁。

本文以某裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋支座更換項目為工程背景，對裝配式簡支梁橋同步頂升更換支座工程中的千斤頂及臨時支撐的布置位置進行分析，并結(jié)合同步頂升更換支座過程中出現(xiàn)的問題對今后此類橋梁的支座及下部結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些建議。

1　工程背景

本文中更換支座橋梁為某8×16 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋，斜交角度為45°。該橋老橋于1996年投入運營，設(shè)計荷載為汽車-超20級，掛-120，設(shè)計車速為120km/h，單幅橋面總寬12.5m，上部結(jié)構(gòu)采用8×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，共12片梁，先簡支后橋面連續(xù)。因為交通量的日益增長，該橋于2004年進行拓寬改造，擴建時采用同跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁在兩側(cè)拼寬，每側(cè)橋面寬度增加8.25 m，拓寬后的橋梁單幅全寬20.75 m，新增8片梁，新老橋間剛性連接，設(shè)計荷載為公路Ⅰ級。該橋立面、橫斷面見圖1、圖2。

圖1　立面圖(單位：cm)

圖2　橫斷面圖(單位：cm)

在對該橋的定期檢查中發(fā)現(xiàn)，該橋新老橋支座普遍存在支座局部承壓、支座墊石開裂的現(xiàn)象，此外，滑動支座全部反置。因此，需對全橋進行同步頂升并更換支座。

2　同步頂升關(guān)鍵問題分析

2.1頂升支反力分析

對于實際工程中大量存在的斜交角度較大的裝配式梁橋，由于斜橋效應(yīng)的存在，荷載橫向分布計算比較復(fù)雜。采用梁格模型是一種常用的此類橋梁的分析計算方法[1]，本文應(yīng)用Midas/Civil有限元程序建立了該橋的梁格模型。共建立668個節(jié)點，912個單元，11個施工階段，考慮了收縮徐變、溫度梯度等作用的影響。通過結(jié)構(gòu)單元及邊界條件的激活、鈍化來實現(xiàn)各個施工階段的計算分析。建立的模型見圖3、圖4。

圖3　新老空心板梁全橋空間梁格計算模型

圖4　全橋空間梁格劃分平面圖

恒載作用下及各作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合作用下支反力計算結(jié)果見表1。本橋為新老橋拼寬橋梁，新老橋拼接處邊梁（12#、13#梁）恒載反力受收縮徐變效應(yīng)影響較大。在收縮徐變效應(yīng)作用下，老橋恒載反力變小，新橋恒載反力變大。計算結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)組合下最大支反力出現(xiàn)在了新橋拼接處邊梁鈍角處，其標(biāo)準(zhǔn)組合作用下最大反力為448.7 kN，千斤頂噸位按1.2～1.5倍安全系數(shù)選取，結(jié)合其自身的規(guī)格系列，最終選用75 t。

2.2千斤頂及臨時支撐布置

橋梁頂升是對既有橋梁的維修施工，故存在較多的約束條件，每座橋梁都需要結(jié)合自身實際情況來制定千斤頂及臨時支撐的布置方案。針對空心板、箱梁時，則必須注意頂升部位，為防止底板處產(chǎn)生不利的受力狀態(tài)，避免直接頂升梁體的底板中部，頂升位置一般設(shè)在兩肋的中心點及箱梁的橫梁部位[2]。

由于新老橋支座及墊石布置方式不同（見圖5），本文中更換支座橋梁采取了兩種千斤頂及臨時支撐布置方案：（1）針對新老橋橋臺及老橋橋墩處，由于空間位置足夠放置一個大噸位（75 t）千斤頂，因此優(yōu)先考慮在兩個相鄰板梁間鉸縫位置處放置一個大噸位千斤頂，再在千斤頂兩側(cè)放置臨時支撐，見圖6。該方案可以降低相鄰梁體由于頂升過程中可能產(chǎn)生不均勻位移而使鉸縫及橋面鋪裝破壞的風(fēng)險，同時能夠減少千斤頂?shù)氖褂脭?shù)量以利于施工；（2）針對新橋橋墩處平面尺寸不足以放置大噸位千斤頂?shù)那闆r，在兩個相鄰板梁間鉸縫位置處放置臨時支撐，在臨時支撐兩側(cè)放置兩個尺寸較小的小噸位千斤頂，見圖7。為避免直接頂升底板中部，兩種方案中千斤頂及臨時支撐布置區(qū)域均為板梁兩側(cè)0.3 m范圍內(nèi)。

表1　支反力計算結(jié)果　kN

圖5　新老橋橋墩各支點平面布置圖

圖6　千斤頂及臨時支撐布置方案一

2.3局部承壓問題

在確定千斤頂及臨時支撐作用位置后，應(yīng)對作用位置的梁體及臺帽（蓋梁）進行局部承載能力的復(fù)核，以確保局部承壓面的安全性。計算可依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[3]中局部承壓構(gòu)件有關(guān)規(guī)定進行。

圖7　千斤頂及臨時支撐布置方案二

針對局部承壓問題，可在千斤頂及臨時支撐的上下安放鋼墊板，一方面可起到調(diào)平作用，使頂升力垂直作用于梁體及臺帽（蓋梁）。另一方面能擴大局部承壓面積，可通過增加鋼墊板平面尺寸及厚度的方式使局部承壓區(qū)受力滿足要求。

3　新建橋梁針對支座更換的設(shè)計建議

在許多舊橋同步頂升更換支座過程中，經(jīng)常出現(xiàn)頂升支點布置空間不足的情況。此時，往往需要采取設(shè)置剪力銷牛腿支撐平臺、鑿除部分臺帽（蓋梁）混凝土等措施以滿足頂升支點布置的空間要求，從而造成工程量及費用的成倍增加。因此，在新建橋梁設(shè)計中，提前考慮支座更換問題是十分有必要的。

現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范鮮有中對支座更換問題的具體要求，《公路橋梁板式橡膠支座》[4]則在8.2.1條中對墊石的尺寸進行了規(guī)定：“板式橡膠支座安裝處宜設(shè)置支承墊石，支承墊石平面尺寸大小應(yīng)按局部承壓計算確定，墊石長度、寬度應(yīng)比支座相應(yīng)的尺寸增加50 mm左右，其高度應(yīng)為100 mm以上，且應(yīng)考慮便于支座的更換?！?/p>

3.1平面布置

在進行臺帽（蓋梁）及其上支座墊石布置的設(shè)計時，應(yīng)留意墊石邊緣距臺帽（蓋梁）邊緣距離（見圖8中b值）。設(shè)計時應(yīng)考慮梁體頂升所需噸位千斤頂?shù)钠矫娉叽?。例如，本文中更換這座橋梁同步頂升所用千斤頂為目前較多使用的超薄型同步千斤頂，所需千斤頂噸位為75 t（按3.1節(jié)中方案一布置），其外徑D為16.5 cm。設(shè)計時b值可適當(dāng)取為（D+5）cm，即21.5 cm。b值取值同時不宜過大，以免支座及墊石位置過深，影響對支座的檢查及更換時的施工操作空間。表2為常用超薄型千斤頂噸位及對應(yīng)尺寸，這些參數(shù)可作為支座布置及臺帽（蓋梁）尺寸設(shè)計的參考依據(jù)之一。

在滿足上述要求的情況下，為盡量減小臺帽（蓋梁）的平面尺寸，墊石尺寸不必過大，按前述規(guī)范超出支座邊緣50 mm左右即可。同時，無論是斜橋還是直橋，建議墊石邊緣按與臺帽（蓋梁）邊緣平行的方式來設(shè)置，以免出現(xiàn)本文中更換支座橋梁新橋橋墩蓋梁上頂升支點布置空間不足情況。

圖8　蓋梁平面尺寸設(shè)計示意圖

表2　常用超薄千斤頂尺寸　kN

3.2立面布置

下部結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意考慮支座墊石的高度。支座墊石高度不宜過小，否則不利于對支座的檢查與千斤頂?shù)牟贾?。墊石高度可按前述規(guī)范中規(guī)定的10 cm進行設(shè)置。此時，針對裝配式梁橋同步頂升中常用的超薄型千斤頂，梁底至臺帽（蓋梁）頂面距離已能滿足頂升支點布置要求。

3.3其他

針對空心板、小箱梁支點處梁體構(gòu)造，可考慮適當(dāng)增大空心板封頭或小箱梁橫隔梁寬度，為頂升支點的布置提供便利。此外，設(shè)計文件中應(yīng)明確強調(diào)按圖施工，預(yù)防施工中出現(xiàn)支座及其墊石隨意設(shè)置的現(xiàn)象。

4　結(jié)　語

本文結(jié)合某空心板梁橋的工程實例對裝配式梁橋同步頂升更換支座中的若干問題進行了分析。得出以下結(jié)論：

（1）針對裝配式梁橋，特別是斜橋、拼寬橋梁等特殊結(jié)構(gòu)，可采用梁格法建模計算其頂升支反力；

（2）每座橋梁需要結(jié)合自身實際情況來制定千斤頂及臨時支撐的布置方案。針對裝配式空心板梁橋，優(yōu)先考慮在兩個相鄰板梁間鉸縫位置處放置一個大噸位千斤頂；

（3）新建橋梁支座布置及蓋梁尺寸設(shè)計時應(yīng)提前考慮支座更換問題，墊石邊緣距臺帽（蓋梁）邊緣距離應(yīng)考慮梁體頂升所需噸位對應(yīng)千斤頂?shù)钠矫娉叽纾ё鶋|石高度不宜小于10 cm。

[1]E.C.Hambly.Bridge deck behaviour[M].London:Taylor&Francis,1991.

[2]李楊海.公路橋梁支座實用手冊[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JT/T 4-2004,公路橋梁板式橡膠支座[S].

U445

B

1009-7716（2016）02-0134-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.037

2015-10-28

茹毅（1990-），男，山西臨汾人，助理工程師，從事橋梁設(shè)計工作。