论文部分内容阅读
摘要：异型连续梁桥受力复杂，对其进行变坡顶升改造需进行详细分析探讨，以指导施工。本文主要针对异型连续梁桥在变坡顶升过程中，千斤顶纵向不同步及千斤顶失效对主梁的影响进行分析探讨，为其他类似桥梁顶升施工提供参考。
关键词：异型连续梁桥;变坡顶升;不同步分析;失效分析
1 引言
桥梁在服役期间，当下穿线路等级的提高、航道通航标准的提高、桥梁的变形与下沉，导致桥下净空不足时，需要对其进行技术改造，以满足功能要求。一般常用采取拆除重建，此方法不仅工期长、成本高，且对交通影响极大，而采用顶升技术既可减少改造对原有结构的不良影响，又可缩短工期、降低成本，且不影响交通，因此，具有广阔的应用前景。桥梁顶升技术要求比较高，本文以一座异型连续梁桥变坡顶升施工为背景，探讨了其在顶升过程中的几个关键问题。
2 工程概况
某异型钢筋砼连续梁桥（S6～S10联）跨径布置为4×20m，上部结构采用单箱多室等高钢筋砼连续箱梁，梁高1.6m，桥面横向异型加宽，从9.12m向21.87m渐变。该桥平面布置如图1所示。
图1 桥梁平面布置图（单位：cm）
该桥改建拟采用PLC同步顶升技术，上部主体结构顶升利用，下部结构桩基全部利用，承台改建。该联最大顶升高度达到5.0m，转角达到3.6度（由4.3%下坡转变为2.0%上坡）。各墩位顶升高度如表1所示。
表1 各墩顶升高度明细表
墩号
原桥面标高（m）
设计标高（m）
桥面标高增值（m）
S6
12.180
17.164
4.984
S7
13.040
16.769
3.729
S8
13.900
16.375
2.475
S9
14.760
15.980
1.220
S10
15.619
15.840
0.221
2 桥梁顶升纵向不同步分析
桥梁在顶升过程中，很难做到各千斤顶完全同步，会存在位移差，从而会造成上部结构产生附加内力。若顶升不同量过大，则可能会造成主梁或横向联系的开裂甚至破坏。因此对于桥梁顶升纵向不同步分析很有必要，必须计算出不同步量控制的阀值，来指导施工。本文针对本桥异型连续箱梁的特点，采用梁格法建立有限元模型进行分析，如图2所示。
图2 异型连续梁桥梁格模型
本桥拟采用全桥同步顶升方法，考虑到桥梁顶升为不破坏性的施工，以桥梁正常使用极限状态的荷载组合为控制内力。在不同步分析中，为了准确计算各截面所允许的最大不同步值，首先计算出主梁各控制截面在恒载作用下的结构内力;再将主梁结构的控制内力减去顶升前主梁的内力，计算出主梁结构承载能力富余量，最后由这个富余量值除以单位不同步（1cm）在主梁截面所产生的附加内力，即可得到各截面所允许的最大不同步量。控制内力以各截面的弯矩作为限制，计算结果如表2所示。由表中可知，顶升不同步，会对主梁产生附加内力，本桥最大不同步值为7mm，若要提高不同步值，降低施工难度，则需对S9～S10孔跨中截面进行加固。
表2 主梁各控制截面允许的最大不同步量
验算对象
验算截面
内力类型
承载能力富余量
单位不同步值引起主梁内力
最大不同步值（mm）
S6～S7
跨主梁
L/4
弯矩
（kN·m）
2393
977
24
跨中
弯矩
（kN·.m）
2603
2032
13
3L/4
弯矩
（kN·.m）
23108
3073
75
S7～S8
跨主梁
S7支点
弯矩
（kN·.m）
25871
5497
47
L/4
弯矩
（kN·m）
4517
1698
27
跨中
弯矩
（kN·m）
5744
2525
23
3L/4
弯矩
（kN·m）
35902
4227
85
S8～S9
跨主梁
S8支点
弯矩
（kN·m）
13667
9068
15
L/4
弯矩
（kN·m）
5174
3671
14
跨中
弯矩
（kN·m）
7962
2093
38
3L/4
弯矩
（kN·m）
70903
6855
103
S9～S10
跨主梁
S9支点
弯矩
（kN·m）
77675
10752
72
L/4
弯矩
（kN·m）
28946
5440
53
跨中
弯矩
（kN·.m）
2393
3662
7
3L/4
弯矩
（kN·m）
2603
1700
15
3 桥梁顶升千斤顶失效分析
桥梁顶升过程中，若有一个关键千斤顶失效，将会对主梁结构产生较大的影响，极有可能造成顶升桥梁的倒塌。因此很有必要对千斤顶进行失效分析，探讨失效后，对结构的影响，找到关键部位以作为监控要点。
顶升千斤顶一般设置在原支座附近，本桥共17个支座，顶升时拟采用17个千斤顶，再由各个顶升点的受力，选取不同型号的千斤顶。本文选择S6墩的一个千斤顶进行失效分析。在S6墩设置S6-1、S6-2两个千斤顶，经计算支点反力为800kN，顶升选用顶推力为1000kN的千斤顶，安全系数达到1.25。假定在顶升过程中，S6-1千斤顶失效，计算结果如表3所示。由表中可知，当S6-1千斤顶失效后，S6-2千斤顶承受力将增大到1327kN，该千斤顶此时因承载力不足而失效。此外，当S6-1千斤顶失效后，S6～S7跨主梁大部分截面抗扭承载能力不满足要求，部分截面抗剪承载力也不满足要求。因此，S6墩千斤顶的顶升力与位移及S7号墩顶截面的剪应力是顶升施工中监控的重点。
表3 S6-1千斤顶失效后S6～S7跨主梁关键截面抗扭、抗剪计算
验算
对象
验算
截面
扭矩
（kN·m）
抗扭承载力（kN·m）
抗扭安
全系数
剪力
（kN）
抗剪承载力（kN）
抗剪安
全系数
S6～S7主梁
S6支点
2564
2040
0.80
1407
2779
1.98
L/4
3106
2021
0.65
1047
2818
2.69
跨中
2227
1621
0.73
957
2848
2.98
3L/4
1733
1669
0.96
1006
2771
2.75
S7支点
2334
1296
0.56
4557
3083
0.68
4 结论
本文以某S6～S10联异型连续梁桥变坡顶升施工为实例，对其在顶升过程中几个关键问题做了探讨，得出以下结论：
（1）桥梁顶升过程中，千斤顶的不同步，会使主梁产生附加内力，同步误差的控制范围与桥梁整体状况相关。本文所讨论的异型连续梁，若保证其顶升过程中不产生破坏，不同步误差仅7mm。
（2）桥梁顶升过程中，千斤顶失效后，对主梁受力影响的分析可以对施工监控关键部位的确定具有指导意义。
参考文献：
[1]桂学.桥梁顶升技术研究[D].长安大学，2005.
[2]王良宗.桥梁顶升施工的工艺分析[J].科技创新导报.2008（17）：12.
[3]郑洪涛，孙全胜.桥梁同步顶升技术的应用与分析[J].低温建筑技术.2012（1）：17-19.
[4]焦海峰，王现卫.整体顶升法更换桥梁支座施工控制要点[J].中国市政工程.2008（1）：32-33.
关键词：异型连续梁桥;变坡顶升;不同步分析;失效分析
1 引言
桥梁在服役期间，当下穿线路等级的提高、航道通航标准的提高、桥梁的变形与下沉，导致桥下净空不足时，需要对其进行技术改造，以满足功能要求。一般常用采取拆除重建，此方法不仅工期长、成本高，且对交通影响极大，而采用顶升技术既可减少改造对原有结构的不良影响，又可缩短工期、降低成本，且不影响交通，因此，具有广阔的应用前景。桥梁顶升技术要求比较高，本文以一座异型连续梁桥变坡顶升施工为背景，探讨了其在顶升过程中的几个关键问题。
2 工程概况
某异型钢筋砼连续梁桥（S6～S10联）跨径布置为4×20m，上部结构采用单箱多室等高钢筋砼连续箱梁，梁高1.6m，桥面横向异型加宽，从9.12m向21.87m渐变。该桥平面布置如图1所示。
图1 桥梁平面布置图（单位：cm）
该桥改建拟采用PLC同步顶升技术，上部主体结构顶升利用，下部结构桩基全部利用，承台改建。该联最大顶升高度达到5.0m，转角达到3.6度（由4.3%下坡转变为2.0%上坡）。各墩位顶升高度如表1所示。
表1 各墩顶升高度明细表
墩号
原桥面标高（m）
设计标高（m）
桥面标高增值（m）
S6
12.180
17.164
4.984
S7
13.040
16.769
3.729
S8
13.900
16.375
2.475
S9
14.760
15.980
1.220
S10
15.619
15.840
0.221
2 桥梁顶升纵向不同步分析
桥梁在顶升过程中，很难做到各千斤顶完全同步，会存在位移差，从而会造成上部结构产生附加内力。若顶升不同量过大，则可能会造成主梁或横向联系的开裂甚至破坏。因此对于桥梁顶升纵向不同步分析很有必要，必须计算出不同步量控制的阀值，来指导施工。本文针对本桥异型连续箱梁的特点，采用梁格法建立有限元模型进行分析，如图2所示。
图2 异型连续梁桥梁格模型
本桥拟采用全桥同步顶升方法，考虑到桥梁顶升为不破坏性的施工，以桥梁正常使用极限状态的荷载组合为控制内力。在不同步分析中，为了准确计算各截面所允许的最大不同步值，首先计算出主梁各控制截面在恒载作用下的结构内力;再将主梁结构的控制内力减去顶升前主梁的内力，计算出主梁结构承载能力富余量，最后由这个富余量值除以单位不同步（1cm）在主梁截面所产生的附加内力，即可得到各截面所允许的最大不同步量。控制内力以各截面的弯矩作为限制，计算结果如表2所示。由表中可知，顶升不同步，会对主梁产生附加内力，本桥最大不同步值为7mm，若要提高不同步值，降低施工难度，则需对S9～S10孔跨中截面进行加固。
表2 主梁各控制截面允许的最大不同步量
验算对象
验算截面
内力类型
承载能力富余量
单位不同步值引起主梁内力
最大不同步值（mm）
S6～S7
跨主梁
L/4
弯矩
（kN·m）
2393
977
24
跨中
弯矩
（kN·.m）
2603
2032
13
3L/4
弯矩
（kN·.m）
23108
3073
75
S7～S8
跨主梁
S7支点
弯矩
（kN·.m）
25871
5497
47
L/4
弯矩
（kN·m）
4517
1698
27
跨中
弯矩
（kN·m）
5744
2525
23
3L/4
弯矩
（kN·m）
35902
4227
85
S8～S9
跨主梁
S8支点
弯矩
（kN·m）
13667
9068
15
L/4
弯矩
（kN·m）
5174
3671
14
跨中
弯矩
（kN·m）
7962
2093
38
3L/4
弯矩
（kN·m）
70903
6855
103
S9～S10
跨主梁
S9支点
弯矩
（kN·m）
77675
10752
72
L/4
弯矩
（kN·m）
28946
5440
53
跨中
弯矩
（kN·.m）
2393
3662
7
3L/4
弯矩
（kN·m）
2603
1700
15
3 桥梁顶升千斤顶失效分析
桥梁顶升过程中，若有一个关键千斤顶失效，将会对主梁结构产生较大的影响，极有可能造成顶升桥梁的倒塌。因此很有必要对千斤顶进行失效分析，探讨失效后，对结构的影响，找到关键部位以作为监控要点。
顶升千斤顶一般设置在原支座附近，本桥共17个支座，顶升时拟采用17个千斤顶，再由各个顶升点的受力，选取不同型号的千斤顶。本文选择S6墩的一个千斤顶进行失效分析。在S6墩设置S6-1、S6-2两个千斤顶，经计算支点反力为800kN，顶升选用顶推力为1000kN的千斤顶，安全系数达到1.25。假定在顶升过程中，S6-1千斤顶失效，计算结果如表3所示。由表中可知，当S6-1千斤顶失效后，S6-2千斤顶承受力将增大到1327kN，该千斤顶此时因承载力不足而失效。此外，当S6-1千斤顶失效后，S6～S7跨主梁大部分截面抗扭承载能力不满足要求，部分截面抗剪承载力也不满足要求。因此，S6墩千斤顶的顶升力与位移及S7号墩顶截面的剪应力是顶升施工中监控的重点。
表3 S6-1千斤顶失效后S6～S7跨主梁关键截面抗扭、抗剪计算
验算
对象
验算
截面
扭矩
（kN·m）
抗扭承载力（kN·m）
抗扭安
全系数
剪力
（kN）
抗剪承载力（kN）
抗剪安
全系数
S6～S7主梁
S6支点
2564
2040
0.80
1407
2779
1.98
L/4
3106
2021
0.65
1047
2818
2.69
跨中
2227
1621
0.73
957
2848
2.98
3L/4
1733
1669
0.96
1006
2771
2.75
S7支点
2334
1296
0.56
4557
3083
0.68
4 结论
本文以某S6～S10联异型连续梁桥变坡顶升施工为实例，对其在顶升过程中几个关键问题做了探讨，得出以下结论：
（1）桥梁顶升过程中，千斤顶的不同步，会使主梁产生附加内力，同步误差的控制范围与桥梁整体状况相关。本文所讨论的异型连续梁，若保证其顶升过程中不产生破坏，不同步误差仅7mm。
（2）桥梁顶升过程中，千斤顶失效后，对主梁受力影响的分析可以对施工监控关键部位的确定具有指导意义。
参考文献：
[1]桂学.桥梁顶升技术研究[D].长安大学，2005.
[2]王良宗.桥梁顶升施工的工艺分析[J].科技创新导报.2008（17）：12.
[3]郑洪涛，孙全胜.桥梁同步顶升技术的应用与分析[J].低温建筑技术.2012（1）：17-19.
[4]焦海峰，王现卫.整体顶升法更换桥梁支座施工控制要点[J].中国市政工程.2008（1）：32-33.