橋梁支座作為連接橋梁上部結構和下部結構的重要構件,具備兩種功能,一是承受作用在上部結構傳輸過來的各種力,并將它們有效的傳輸給橋墩;其次是適應橋體因溫度、濕度、混凝土熱脹冷縮以及負荷作用下的所引起的水平位移,使橋梁上部結構可以在允許范圍內自由變形而不導致額外的附加力。
隨著交通運輸行業(yè)的發(fā)展,高速公路橋梁所負載的運量和負荷不斷的增長,橋梁支座受到結構預應力的影響越來越大,出現不同程度的破壞和毀損,影響了橋梁的質量和安全。為了保證橋梁的正常使用,需要及時更換破壞了的橋梁支座, 如果按照新建的橋梁支座安裝方法來進行,則增加了工程量,提高了造價,并且會導致交通阻斷,影響正常的交通的運行。為了解決這個現實中的問題,我們研究了同步頂升的新工作原理,運用特制扁千斤頂對梁體實施整體頂升,zui終達到支座更換的目的。
1、同步頂升的原理分析
同步頂升的定義zui早是在進行連續(xù)梁支座更換的過程中提出來的,連續(xù)梁由于是超靜定結構,當頂升不同步時,就好比支座產生了差異沉降,而這將會導致連續(xù)梁體結構內部力的重新分配,很大程度上影響結構的受力狀態(tài)。因此,工程人員認為如果采用的頂升設備能夠使梁體同步抬高, 則對橋梁的受力不會造成影響。
1.1 縱向、橫向均同步
主要針對橋面較寬的連續(xù)梁, 這種連續(xù)梁一般采用現澆單箱多室箱梁或者組合式結構, 對T梁、小箱梁等預制構件采用先簡支后連續(xù)的施工方法, 連接成連續(xù)結構。對于前者一般在梁底對稱安裝兩個大噸位支座, 后者在各個構件安裝兩個小型支座。為確保橫向、縱向均沒有的大的差異沉降, 對梁體造成附加的剪切和扭轉力, 更換此類連續(xù)梁, 需要保證縱向和橫向的同步, 避免破壞梁體和構件間的連接。
1.2縱向同步
主要是針對橋面較窄的連續(xù)箱梁,即在橫橋向只有一排支座的連續(xù)結構。這類箱梁本身的結構形式和在墩臺部位設計的強大端橫梁都使該類型箱梁具有良好的整體性能。更換此類結構的支座主要考慮縱向同步, 避免導致梁體破壞。
1.3橫向同步
主要針對由多個構件( 如空心板、T 梁等) 拼裝而成的簡支橋梁。因為更換支座時頂升高度很小, 且支座縱向的差異沉降不會對簡支梁結構造成影響。簡支結構在橫向是由一排支座頂支起來, 在橫向是一種連續(xù)結構, 故在橫向一定要保持同步, 才能避免對橋梁橫向造成損壞。
總之, 在更換支座之前一定要認真分析舊橋的受力模式,這樣才能正確選取施工方法,避免在更換支座時運用的方法不當,給橋梁本身造成新的損傷。
2、扁千斤頂組更換支座的方法研究
在更換橋梁支座時,面臨的困難主要是原來的支座在工作狀態(tài)下受到極大的豎向荷載,因此難以取出來,如何成功卸掉支座的工作荷載是成功更換支座的前提條件。zui直接的辦法是直接拆除上部構造的,但這樣必然會影響到交通的正常運行,以此同時帶來的工期和造價是我們必須要面臨的一個頭疼的問題。另外,我們可以在承臺上搭建頂升支架或者利用擴大基礎作業(yè),但頂升位置距離原來的支點較遠,不利于減小兩跨間梁板的豎向位移和廣義轉角,從而導致橋面系統(tǒng)的損壞。但是沒有可以利用的既有支點,需要澆筑臨時支墩和鋼梁整體頂升,這種方法對上部交通的影響較小, 但是工期和造價也是很驚人的,因此實施起來也不太現實。
根據上面的思路, 對于如何利用既有下部結構實施頂升是我們思考的主要方向。梁體和蓋梁間的距離一般只有15cm 左右,間距狹小,一般的起重設備很難安放進去。在這種環(huán)境和背景下,開發(fā)出了液壓扁千斤頂組。這種系統(tǒng)就是運用一組并聯(lián)的扁千斤頂,來保證各千斤頂的位移保持一致。該套設備的結構尺寸較小, 能夠滿足頂升所需的施工空間小的要求, 適合空心板梁頂升以及頂升間隙較小的物體,所以液壓扁千斤頂組可以直接在蓋梁上起頂。但是在實施起頂時,并不是所有的都符合條件,還有一定的技術指標:設計的zui大頂升力為100噸;油頂的幾何尺寸為:直徑18 厘米, 高度10 厘米, 行程5 厘米。
3、確保橋梁結構安全的技術措施
在更換橋梁支座的過程中,重要的是如何保證橋梁結構不會因為支座的更換而發(fā)生結構性的破壞,因此,需要采取一定的安全技術措施,保證橋梁支座更換的正常安全施工,下面列出以下幾個需要注意的地方:
3.1保證頂升時梁體不會因局部應力突然增加而受到破壞。在頂升梁體時,梁體會出現因局部應力的突然增加而造成應力集中的現象,而當取消梁體頂升時,應力會突然得到釋放,這樣一來,梁體的薄弱環(huán)節(jié)會因為受力的變化造成對梁體的破壞。針對這種現象,在進行梁體頂升時,我們要進行精密的計算,來控制總的頂升量。當采取分級頂升的方法時,總的頂升會通過幾級小的頂升來分別完成,因此需要注意的是當每一級提升量到位后要用墊塊墊牢,然后才能對當前級的千斤頂進行卸載,在對橋梁支座采取頂升后靜止1個小時,再進入到下一級的頂升作業(yè),并逐步依次進行。
3.2保證頂升時梁體局部混凝土不受破壞。在頂升梁體時,因梁體的巨大自重所應用的大噸位千斤頂,在梁體的局部單位面積上產生的頂升力會大于混凝土的抗壓強度,因此會造成混凝土局部壓碎現象,影響梁體的完整度和質量安全。因此,針對這種現象,可以在千斤頂上下各設置一塊鋼板,通過計算確定鋼板的面積和厚度,增加梁體的受力面積,分散千斤頂的破壞力,以實現單位面積上的頂升力小于混凝土的抗壓強度,并在鋼板與混凝土之間墊一層起緩沖作用的硬木板,確保梁體混凝土局部不受破壞。
3.3防止梁體橫向位移而導致失穩(wěn)破壞所有的中小橋的蓋梁,兩端已有防側移的鋼筋混凝土擋塊,在頂升前仔細檢查,每一個擋塊發(fā)現有破損現象時要進行修復,待修復后才能進行頂升施工,必要時可在兩側設置防側移的限位裝置。
3.4防止梁體縱向滑移而導致構件間的破壞,頂升因橋梁規(guī)模較小,根據橋梁施工方的指導意見更換支座時,不影響橋面系統(tǒng)。當每座橋為三跨簡支空心板橋,在每座橋的兩端橋臺處各設有一道毛勒伸縮縫。所以我們考慮先整體頂升中間蓋梁上的四個梁端,然后再單獨頂升橋臺處的梁端。在頂升中間蓋梁上的四個梁端時,橋臺處梁端有可能產生滑移,造成毛勒縫處梁端與橋臺產生擠壓破壞。頂升時毛勒縫內用鋼板設置一限位裝置,但必須保證該梁端處于鉸接狀態(tài)。
3.5建立觀察系統(tǒng),頂升系統(tǒng)較單一力學模型簡單、直觀,所以不采用應力應變儀監(jiān)測,但必須派兩名技術人員在頂升過程中對梁體進行觀察,一旦發(fā)現問題,立即停止頂升,待問題解決后再進行頂升。
4、結語
橋梁支座更換是一個復雜而又系統(tǒng)的工程,它不僅要求先進的施工技術,還要采取一定的安全防范措施,以保證橋梁的結構安全。需要注意的是,橋梁支座的更換要結合施工現場的特定的地理環(huán)境和橋面的交通狀況來采取相應的措施,全面考慮出現的各種狀況,以保證橋梁的安全。當然,在橋梁支座更換領域里,還有許多地方需要我們進一步完善,促進我國交通運輸行業(yè)的發(fā)展。