某双索面斜张拉钢-混凝土组合梁桥支座更换关键技术.pdf

1 5 4 四川建筑科学研究 S i c hu a n Bu i l di n g S c i e nc e 第 4 0卷第 6期 2 0 1 4年 1 2月 某双索面斜张拉钢一 混凝土组合梁桥支座 更换关键技术 陈绪刚 ， 陈光明 ， 袁新华 ( 1 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院， 四川 成都6 1 0 0 7 2 ； 2 同济大学土木工程防灾国家重点实验室， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 某斜张拉钢一 混凝土组合梁桥， 在运行过程中出现了橡胶支座磨损、 滑板脱空和钢构件腐蚀等支座病害， 需 进行支座更换和维护。针对上述情况， 本文首先建立了全桥有限元模型， 通过顶升工况下计算分析， 确定了各支座 处顶升力和控制顶升位移； 其次 ， 制定了专门的施工监控方案， 对应力 、 位移和斜拉索力进行监控； 然后 ， 采用了转 角大、 耐摩性强的新型球形钢支座替代原盆式橡胶支座； 最后在施工过程中， 采用了 P L C多点同步顶升设备 ， 并进 行摩擦副设计以减少施工过程中对原桥梁的影响。 关键词： 桥梁顶升平移； 支座更换和维护； 球形支座； 施工监控 ； P L C同步顶升 中图分类号 ： T U 7 4 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 61 5 4 0 4 Be a r e r s r e p l a c e d k e y t e c hn o l o g y o f d o u b l e c a bl e p l a n e s a n d c a b l e - s t a y e d br i d g e wi t h s t e e l - c o nc r e t e c o m p o s i t e s t r u c t ur e CHEN Xu g a n g ， CHEN Gu a n g mi n g ， YUAN Xi n h u a ( 1 C h e n g d u H y d r o e l e c t ri c I n v e s t i g a t i o n&D e s i g n I n s t i t u t e o f S P C， C h e n g d u 6 1 0 0 7 2 ， C h i n a ； 2 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， T o n i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e b rid g e i s s t e e l - c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m o f c a b l e s t a y e d b r i d g e Ru b b e r s u p p o rt we a r i n g s l i d e d i s e n g a g i n g a n d s t e e l me mbe r s c o r r os i o n i s r e v e a l e d i n t h e c o urse o f us i ng Co n s e q ue n t l y， i t i s ne c e s s a r y t o r e p l a c e b rid g e b e a r e r s Ac c o r di n g t o t h e s i t ua t i o n， t h e p a p e r b u i l d f i n i t e e l e me n t mo d e l a n d d e t e r mi n e l i ft u p f o r c e a n d d i s p l a c e me n t b y c alc u l a t i o n a n a l y s i s T h e s e c o n d ， s p e c i ali z e d c o ns t r uc t i o n mo ni t o rin g s c h e me i s ma de a n d s t r e s s d i s p l a c e me nt a n d f o r c e o f s t a y c a b l e i s mo n i t o r e d； a nd t h e n， s p he ric a l b e a r e r s wi t h l a r g e r o t a t i o n a n d h i g h we a r r e s i s t a n c e h a s b e e n a d o p t e d i n s t e a d o f b a s i n r u b b e r s u p p o r t ； t h e l a s t ， P L C e q u i p me n t a n d f r i c t i o n p a i r h a s b e e n a pp l i e d i n c o ns t r u c t i o n Ke y w o r d s ： b ri d g e j a c k u p ； b e a r e r s r e p l a c e d a n d m a i n t a n c e ； s p h e ri c a l b e a r e r s ； c o n s t ruc t i o n mo n i t o r i n g ； P L C s y n c h r o n o u s j a c k u p O 引 言 顶升平移施工是一种新兴的施工技术 ， 已经在 房屋 、 市政等 已有建筑 、 构筑物改造工程中得到了广 泛的应用。通过顶升和平移对桥梁进行改造 ， 施工 速度快、 对交通影响小 、 环保 经济 ， 得 到了越来越广 泛的应用。 本文针对某发生支座病 害的双索面斜 张拉钢一 混凝土组合梁桥 ， 提出采用顶升对支座进行更换 的 改造方案。首先， 建立了全桥有限元模型， 通过顶升 工况下计算分析 ， 确定 了各支座处千斤顶提升 吨位 和控制顶升量 ； 其次 ， 制定 了专 门的施工监控方案 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 - 2 3 作者简介 ： 陈绪刚( 1 9 8 4一) ， 男 ， 工程 师 ， 硕 士 ， 研究 方 向： 抗 震与 振 动控制。 E m a i l ： c h e n g a n g 4 5 61 2 3 1 63 c o n 主要对应力 、 位移和斜拉索力进行监控 ； 然后 ， 采用 了转角大、 耐磨性强的新型球形钢支座替代原 盆式 橡胶支座 ； 最后在施工过程 中 ， 采用 了 P L C多点 同 步顶升设备 ， 并进行摩擦副设计 以减少施工对原桥 梁的影响。 1 支座病害情况 该桥结构为双塔双索 面钢一 混凝 土组合梁斜拉 桥 ， 全长 1 1 8 5 m， 由斜拉桥及两端过渡孔组成 ， 共 5 跨 ， 其跨径布置 为( 4 0+2 5 0+6 0 5+2 5 0+4 0 ) m， 其 中主跨 6 0 5 m， 钻石型主塔高 1 7 5 5 m， 通航净空为 4 3 m， 全桥有 1 6 8根斜拉索 ， 采用镀锌高强无粘结钢 绞线 ， 主桥桥面宽度为 2 9 m。由于经常遭受台风影 响和长期超负荷运行 ， 桥梁使用至今 ， 支座 出现 了不 同程度的病害 ， 如盆腔 内橡胶挤 出 ， 成 片状和粉末 状 ； 聚四氟乙烯滑板挤出至中问钢衬板外围 ， 并呈块 状 、 条状黏贴在不锈钢板表面， 同时钢板伴有脱空现 1 5 6 四川建筑科学研究 第4 0卷 3 ) 通过初应变来考虑索的初始拉力 ； 4 ) 不考虑混凝土板 中的普通钢筋和预应 力钢 筋的作用 ； 5 ) 计算时不考虑风荷载 的影响， 风荷载对施工 过程的影响拟通过设置桥梁临 时限位装 置进行解 决。 2 3 计算分析结果 将 1 墩及 2 塔顶升 1 0 mm、 2 0 m m、 3 0 m m和 5 0 m m四种工况进行计算。单面斜拉索从 1 墩 一 2 塔 与 3 塔跨中编号 为 14 0 。支座顶 升时， 将会 导致 斜拉索应变力松弛 ， 受力减小 ， 引起支座反力增加 ， 通过计算得到的支座处竖向力变化及索力的变化如 图 5 8所示。 图 5 1 墩顶升支座反 力 F i g 5 S u p p o r t r e a c t i o n j a c k - u p No 1 图 6 2 塔顶升支座反力 F i g 6 S u p p o r t r e a c t i o n j a c k - u p N o 2 如图 5所示 ， 1 墩顶升时 ， 支座反力随不同顶升 工况在 3 0 0 0 4 9 4 7 k N之 间变化 ， 顶升量为 5 0 mm 时， 最大变化量达到原支座反力约 7 0 ， 这将引起 结构较大的内力变化 ， 使 1 2 之间跨中弯矩变大 ， 在支座顶升时建议顶升量控制在 2 0 m m 以下 ， 此时 最大支座反力变化约 2 5 。 由图 6可知， 2 塔顶升时 ， 由于斜拉索应力松弛 卸载， 且是两边斜拉索均卸载 ， 导致支座竖向反力变 化趋势加快 ， 建议 2 塔支座顶升量控制在 2 0 m m 以 下 ， 此时支座竖向反力变化量约为 3 9 。 根据计算分析的控制顶升量及其相应的支座反 力 ， 并考虑 1 5 2 0顶升力富余 ， 建议 1 墩顶升时 ， 顶升力为 6 0 0 0 k N， 2 塔顶升时 ， 顶升力为 9 0 0 0 k N。 图 7 l 墩顶 升索力变化 Fi g 7 The c ha nge o f s t ay c ab l e f o r c e No1 1 0 2 O 3 O 40 5 0 斜拉 索号 ， 左至 右 图 8 2 塔顶升索力变化 Th e c han ge o f s tay c abl e f o r c e No 2 从图 7和图 8的索力变化可看 出， 支座顶升时 ， 对顶升支座附近 的斜拉索影 响较大 ， 越远越小。随 着顶升位移的增加 ， 索力变化量有加速变化 的趋势 ， 斜拉索卸载加快 ， 施工过程中应加强对顶升支座附 近斜拉索的索力监控。3 塔、 4 墩与2 塔、 1 墩基本 处于对称位置 ， 可参照 2 塔 、 l 墩进行施工。 3 桥梁支座更换施工关键节点监控 3 1 应力、 位移监控 桥梁支座更换 的施工过程 中， 需要对主梁进行 顶升 ， 会 引起 桥梁结构 位移 、 内力 ( 应 力 ) 的变化。 由于该桥主梁由钢主梁 、 钢横梁 、 小钢纵梁和混凝土 桥面板组合的钢一 混凝土组合梁 ， 更换支座时结构受 力将更为复杂。需对主梁顶升( 落降) 阶段相对位 移与桥梁结 构( 包括主梁 、 主塔 、 斜拉 索等 ) 受 力与 变形进行监测。 在主桥各部位 ( 主梁 、 索塔 、 过 渡墩 ) 的控制截 咖 娜 为 _喜 R璇 吕延超， 等： 混凝土框架结构楼梯参与计算的抗震性能研究及建议 1 6 1 3结论及建议 楼梯对框架结构顺梯段方 向的结构抗震性能影 响很大。楼梯提高 了顺梯段方 向结构刚度 ， 减小了 该方向的结构 自振周期 和位移 ， 增大 了该方 向地震 作用下的基底剪力和倾覆弯矩。楼梯周边结构构件 内力受楼梯构件的影响也很 明显 。角部框架柱 的轴 力和顺梯段方 向的剪力 、 弯矩 与不考虑楼梯构件 时 相 比增大很多， 楼层次梁的剪力和弯矩增大的幅度 也很大 ， 应力集中处可达几十倍。因此， 结构设计时 应给予充分重视 ， 采取相应措施。 地震作用时， 楼梯间整体稳定性较差， 这与楼梯 柱的上下不连续关 系很大 ， 容易在柱根或柱顶发生 破坏 ， 造成楼梯 的整体坍塌。建议将 楼梯柱上下贯 通 ， 使之成为连续柱， 这将大大改善楼梯间结构 的水 平受力性能。层间休息平台内侧梯梁的跨中是应力 集中最为严重 的位置， 受力状态复杂， 建议提高配筋 构造 ， 有必要时可在梯梁 内设置钢板或型钢 ， 提高震 害发生时的结构延性 。 参 考 文 献 ： 1 冯远 ， 吴小宾 ， 李从 春， 等 现浇楼梯对框 架结构 的抗震影 响 分析与设计建议 J 土木工程学报 ， 2 0 1 0 ( 1 0 ) 2 彭笑川 ， 王磊 ， n i - J , 林 地震 作用后 楼梯 间受损梯梁 构件 的 破坏原因分析及加 固设计 J 工业建筑 ， 2 0 1 1 ( 8 ) 3 袁泉 ， 徐慧君 楼 梯对框 架结 构刚度 影响 分析 J 工 业建 筑 ， 2 0 1 2 ( 1 ) 4 王奇 ， 马宝 民 钢筋混凝土现浇楼梯对整体 结构的影响 J 建筑结 构， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 4 ) ( 上接 第 1 5 7页) 构整体受力产生影响。逐墩支座更换时， 拟在上下 游支座两侧布置千斤顶， 当上下游千斤顶竖 向位移 不同步时 ， 将对桥梁受力产 生不利影响。0 、 1 、 4 和 5 墩支座更换 时， 由于两端跨为混凝土 T梁 ， 竖 向不均匀位移将在 T梁与 T梁接缝处产生较大剪 力 ； 2 和 3 塔支座更换时 ， 竖 向不均匀位移将使横桥 向钢梁受力不利 ， 并沿横桥 向产生分力 ， 使落梁危险 性提高。 为减少竖 向不均匀位移可能产生的影 响， 将横 桥 向顶升竖向位移差控 制在 0 2 mm以 内， 为此在 顶升施工 中采用 了 P L C多点 同步顶 升控制设 备。 设备液压系统 由计算机控制 ， 可 以 自动完成 同步位 移 ， 实现力和位移的控 制、 位移误差 的控制 、 行程 的 控制 、 负载压力的控制 ； 油缸液控单 向阀可防止任何 形式的系统及管路失压 。同时， 整个 提升过程用位 移传感器对竖向位移进行实时动态监控 。 5结论与展望 该桥 由于经常遭受 台风影 响和长期超 负荷 运 行 ， 支座出现 了盆腔内橡胶挤出， 聚四氟乙烯滑板挤 出至中间钢衬板外 围， 同时伴有脱空现象 、 支座钢构 件锈蚀等病害， 支座需进行更换。本文针对上述情 况 ， 提 出采用顶升对支座进行更换 的改造方案。 1 ) 建立了全桥有限元模型 ， 通过顶升工况下计 算分析 ， 确定 了各支座处千斤顶提升吨位和控制顶 升量 2 0 mm。 2 ) 制定了专 门的施工监控方案 ， 主要对应力 、 位移进行监控 ， 尤其加强 了对索力的监控 。 3 ) 采用 了转角大、 耐磨性强的新型球形钢支座 替代原盆式橡胶支座 。 4 ) 在施工过程中， 采用 了 P L C多点同步顶升设 备 ， 并进行摩擦副设计以减少施工对原桥梁的影响。 该桥支座更换采用的监控及施工措施 ， 保证 了 施工的顺利进行 ， 且最大程度减小 了支座更换施工 对桥梁 的影响 ， 可为 以后 同类桥梁支座更换施工提 供借鉴 。 参 考 文 献 ： 1 梁志成 某立交 连续箱梁 匝道桥变位修 复的顶梁施 工 J 公 路 ， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 1 2 6 1 3 1 2 姜福香 ， 侯瑞林 ， 王玉 田， 等 多跨混凝土连续 梁桥 整体转动提 升技术 J 公路 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 3 8 - 4 0 3 马宏辉 某桥梁侧偏病害的纠偏方案比选 J 城市道桥与防 洪 ， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 1 7 9 1 8 2 4 袁新华 ， 陈绪刚 摩擦阻荷原理 在桥梁平移工程 中的应用 J 结构工程师 ， 2 0 1 1 ( 2 7 ) ： 1 4 9 1 5 3 5 吕玟 ， 潘钟麟 ， 江育 龙 上海轨道 交通六 号线赵 家沟大 桥施 工监理关键技术 J 结构工程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 3 5 1 4 0