预应力混凝土连续弯箱梁桥同步顶升纠扭施工.pdf
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1、7 2 世 界 桥 梁 2 0 1 2, 4 0 ( 3 ) 预应 力混凝土连续 弯箱梁桥 同步顶 升纠扭施工 陈历耿 。 吴毅彬 , 张鸿 章 , 李铁 军。 ( 1 上海颖川加固工程技术有限公司, 上海 2 0 1 1 0 2 ; 2 同济大学结构工程与防灾研 究所, 上海 2 0 0 0 9 2 ; 3 上海浦发建设工程管理有限公司, 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要:既有预应力混凝土连续弯箱梁桥在运 营阶段经常 出现支座变形 、 脱空及粱体扭转 、 偏位等病害 , 使桥 梁结构受力趋 于不利状态 。以上海市一座匝道桥梁加固处理 为对象 , 在对该 桥病害原 因进行 分析 的基 础
2、上 , 介绍 采用 P L C液压同步技 术对 桥梁进行整体 同步顶升 ( 不对称布顶 ) 更换支座 、 纠扭 、 增设支座调 整扭矩与支 座反力等 改造措施 。实施结果表 明: 同步顶升控制 系统较好地保证 了顶升位 移 的精 度 ; 支座反力测 定简便 、 可靠 ; 病 害弯桥 基本恢复 到原设计状态 , 实施 效果 良好 。 关键词 : 预应力混凝土桥 ; 连续 弯箱 梁; P L C液压同步技 术; 同步顶升; 纠扭 ; 施 工 中图分类号 : U4 4 8 3 5 ; U4 4 5 7 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 2 ) 0 3
3、 0 0 7 2 一O 5 1 前 言 近些 年 , 预 应力 混 凝土 连 续 弯箱 梁 桥在 我 国 大 型互通立交 中应用广泛。但 由于早期对连续弯箱梁 桥设计与施工上的认识不足 , 致使其在施工及营运 过程中经常出现一些病害 , 如某些弯桥在验收或运 营阶段出现支座变形 、 脱空, 弯桥 出现扭转过大而导 致整体翻转和滑移等病害口 。 P L C液压 同步技术 是 通 过 液压 千斤 顶 , 在 不 改 变原桥形态的前提下 , 将桥梁安全、 平稳地顶升至预 定高度的技术。该技术在 国外的使用 时间较长, 在 国内最初仅用于单片预制梁的架设和移位 。随着该 技术的发展与既有桥梁加固改造的
4、需求 , 其应用范 围不断扩展。目前已成功应用于既有桥梁的支座更 换 及整体 顶 升 工程 中 , 如 天津 狮 子 林 桥 改 造 工 程( 整体抬升 1 2 7 m) 、 上海南浦大桥引桥改造工程 ( 整体抬升 0 6 9 8 5 7 8 2 m) 等项 目。但在国内、 外 将该技术应用于连续弯箱粱桥的顶升纠扭改造中尚 不 多见 。 鉴 于上 述 问题 , 本文 以上海 市 A1 、 A 3 0立交 中 S 1 、 S 3匝道 桥 为实 例 , 在 对 预 应 力 混 凝 土 连续 弯 箱 梁桥病害原因进行分析 的基础上, 从病 害弯桥的改 造设计 、 同步顶升施工及改造效果评估上进行分析
5、 , 提出采用不对称布顶 方式进行同步顶升 , 并对箱梁 进 行纠 扭 , 最 后运 用 P L C同步顶 升 系统 测 定支 座反 力 , 以了解 改造效 果 。 2工 程概 况 A1 、 A3 O立 交 为 互 通 三 层 式 样 , 建 于 1 9 9 7年 , 位于上海市迎宾高速公路与远东大道交汇处 。立交 中 S 1 、 S 3匝道 桥 ( 见 图 1 ) 总 长 分 别 为 6 6 4 1 m 和 6 1 2 1 m, 计算荷 载为汽车 一超 2 0级 , 验算 荷载为 挂车一1 2 0 。上部结构采用六跨一联的预应力混凝 土连续箱梁 , 采用单箱双室截面 , 梁高 1 8 m。每
6、跨 设 1道跨中横隔板, 墩顶设横 隔梁。中、 边墩处梁下 分别布置 1个、 2个盆式橡胶支座。 图 1 S 1 、 s 3匝道桥平面位置示意 3 弯桥 病 害原 因分析及 改造 方案 2 0 0 8年 6月 对 S 1 、 S 3匝道 桥 箱 梁 横 坡 进 行 检 测, 由检测结果可知 , 多数桥跨箱梁外侧 比内侧低, S 3匝道桥情况略好于 s 1匝道桥。由于弯箱梁外侧 本身设有超高, 外侧低 于内侧说明箱梁向外侧扭转 严重 , 已造成反超高现象, 同时梁体有明显横 向位移 并伴随有支座脱空( 见 图 2 ) 及梁体扭转的现象, 这 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 2 一O 5 基金
7、项 目: 上海市科研计划课题项 目( 1 1 0 4 H1 0 5 0 0 0 ) 作者简介 : 陈历耿( 1 9 7 4 一) , 男 , 高级工程师 , 2 0 0 0年毕业 于同济大学土木工程专业, 获学士学位( E ma il : l i g e n g c h e n 1 6 3 c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 预应力混凝土连续弯箱梁桥 同步顶升纠扭施工 陈历耿 , 吴毅彬 , 张鸿章 , 李铁军 7 3 图 2支 座 脱 空 及 变 形 对桥 梁结 构和行 车安 全造成 了影 响 。 分析 发 现 , 早期 对 连续 弯 箱 梁桥
8、的特点 认 识 不 足 , 设 计基 本布设 单柱 单支 座 , 箱 梁整体 抗扭 能力较 差。另外在运营过程中, 车辆超载和超速对梁体的 影响较大 。利用 MI D AS软件计算分 析表 明: 车辆 超 载及超 速所 造成 的 离 心力 超 出 设计 要 求 , 另 外 超 载 产生 的制动 力也 超 出设 计 值 , 产 生 的 支座 振 动 容 易引起支座摩阻力减少。文献 8 研究表明, 由预应 力 钢束产 生 的预加 力荷载 和 日照温差 也是 引起 弯箱 梁 桥 出现 支座脱 空 和扭转 变形 过大 的 因素 之一 。 鉴于连续弯箱梁结构病害特征 已较为明显 , 如 偏 移继续 增大
9、 , 结 构 将 趋 于更 加 不 利状 态 。同 时在 目前桥梁 结构 脱空 状 态 下 , 机 动 车通 行 造成 桥 梁 结 构 的振 动较大 , 从结 构疲 劳的 角度考 虑也 十分不 利 。 因此 , 应 尽快 对 匝道 进行 整修 , 保证结 构安 全性 与耐 久 性 。 为改善 S 1 、 S 3匝道 桥 箱梁 扭 转 、 偏 位 的 不利 状 况 , 经过 多方 案对 比、 论 证 , 最 终 采用 通 过 在 原墩 柱 上 新增 预应力 混凝 土 盖 梁后 , 对 箱梁 进 行 同 步顶 升 更 换损 坏 支 座 以恢 复 支 座 的转 动 能力 。在 此 基 础 上 , 对
10、箱 梁进 行竖 向 顶升 纠 扭使 弯桥 基 本恢 复原 设 计 状态 , 并 增设 支 座 以加 大箱 梁 的 抗扭 转 能 力 。改 造维修后桥梁总体状态应基本和原设计一致 , 桥梁 可 开放 双车道 运营 恢复原 通行 能力 。根 据 以上 改造 目标与桥 梁 实际情 况 , 工程相 关控制 点包 括 : 顶 升 系 统 应能 达到 多点力 与 位 移 的 同步 , 顶 升力 应 有 一定 的富余 ; 改造 中对外侧支座顶升力 、 支座转角及桥面 高程进行监测 ; 顶升过程应对箱梁相关危险点进行 应变 检测 , 防止 箱梁 产生 不可恢 复变 形 。 4整体 同步 顶升 纠扭 经 过 多
11、 方 论 证 , 该 桥 采 用 “ 先 同步 顶 升 更 换 支 座 , 再顶 升纠扭 新 增 支座 , 最后 顶 升 测 定 支座 反 力 ” 的顶升施工思路 , 工程的总体改造工序安排见图 3 。 s 1 、s 3 匝道桥 安全维护 s l 、s 3 匝道桥钢 管脚手架 搭建 s 1 、s 3 匝道桥 新增盖 梁施工 布设应变与位移监测系统 各墩 同步顶升 更换支座 同步顶升纠扭 支座 转角与桥 面高 程基本 恢复原桥状 态 增设径向外侧支座 支座反力测定 外侧支座 达到 设计支座反力 增设径向内侧支座 桥面改造与修复 改造 效果评估 通车运 营 图 3工 程 的 总 体 改 造 工 序
12、 4 1 同步顶 升更换 支座 该 工程采 用 国 内较 为 先 进 的 P L C多 点 同 步 液 压顶升控制 系统 , 其顶 升 ( 降落) 精度 可达 -Z -_0 5 0 mm。同步顶 升 时 每 墩 设 置 1个 顶 升 控 制 点 , 同 步 顶升 为七点 同步 控制 , 采用 2台顶 升 车联机 同步 。 同步顶 升前 通过 同步试 顶确 定顶 升参数 。试 顶 阶段采 用墩 柱两 侧 对称 布 顶 方 式顶 升 , 在 千斤 顶 达 到估算 顶升 重量 时 , 位 移传 感器 的变化 不大 , 但径 向 外侧百 分表 数值 明 显小 于径 向 内侧 的百 分 表 数 值 ,
13、表 明对 称 布顶 的各 墩 千斤 顶 未 能 同步 , 弯箱 梁 扭 转 有加剧 的趋 势 。这 主要 是 由于 匝 道箱 梁 扭 转 、 偏 位 导致箱 梁 中心线 与 墩柱 中心 线 存 在一 定 的偏 差 , 箱 梁外侧 的重 量大 于 内侧 , 为此 提 出采 用 不 对称 布 顶 的方式 ( 见 图 4 ) 进行 同步顶升 。 采 用 不 对称 布 顶 同步 顶 起 箱 梁后 , 拆 除 损坏 支 座 、 安装新 支座 。安 装新 支座 时 , 支 座顺桥 向中心线 必须 与主 梁 中心线 重 合 或平 行 , 安装 角 度 为 各 支座 学兔兔 w w w .x u e t u
14、t u .c o m 7 4 世 界 桥 梁 2 0 1 2, 4 0 ( 3 ) 图 4不 对 称 布 顶 顶 升 布 置 示 意 纵 向移 动方 向与桥梁 分孔线 之 间的夹 角 。新 支座 安 装完毕后同步分级 回落千斤顶 , 当箱梁距支座顶板 约 5 mm 时 , 采 用灌 注器将 环 氧砂浆 注入 间 隙 内 , 待 其 固化 并达 到强 度后 回落箱 梁 至支座 上 。 4 2同步 顶升 纠扭 同步顶 升 纠扭 分 2个 阶段 完 成 : 第 1阶段 顶 升 纠扭以弯桥整体姿态控制顶升方案, 使箱梁 的整体 姿态基本恢复原设计状态 , 即以控制中墩支座转角 与桥面高程为主, 顶升力
15、监控为辅; 第 1阶段顶升纠 扭 达 到预期 效 果 后 , 开始 安 装 新 增 外 侧 盆 式 支 座 。 外 侧支 座 主要 为代替 顶升力 , 使 附加扭 力恒 定 , 平 衡 和抵消弯桥产生的扭矩, 使 中墩起到抗扭作用。 根 据有 限元 分 析 , 第 1阶段 顶 升 纠扭 可 分 为 2 个 步骤 进行 : 在 顶 升力 达 到 4 0 0 k N 时 , 支座 脱 空 现 象可 得 到 改 善 ; 在 顶 升 力 达 到 8 0 0 k N 时 支 座 受 力基 本均 匀 , 纠扭 基 本 可 达 到 预期 效 果 。考 虑 到 实 际受 力状 况与 理 想 分 析模 型 之
16、间 的差 异 , 千 斤 顶 顶升力应有足够余 量, 故采用 2台 2 0 0 t 千斤顶 同 时顶升, 典型千斤顶布置见图 5 。 箱梁圆心方向 桥梁结构中心线 图 5 同步顶升纠扭布置示意 4 3安装 新支 座 在箱梁基本恢复原设计状态后 , 为保证改造后 效果 , 在中墩内、 外侧各新增 1 个盆式支座 。外侧支 座在实测顶升力达到设计要求反力后进行安装 , 主 要作用为代替顶升力 , 使附加扭力恒定 , 平衡和抵消 弯桥产生的扭矩及使中墩起到抗扭作用。内侧支座 在 同步顶 升更 换支 座 完 毕 、 千 斤 顶 卸荷 落 梁 后 进 行 安装 , 主要 为增强 桥梁传 递 上部 活载
17、的能力 , 不参 与 分 担恒 载 。 在外侧支座完全受力后 , 在 2 4 h内每隔 6 h观 测并读取位移传感器、 百分表数据 , 确定新增支座与 桥 梁 的状 态 。在此 基 础 上 重新 同步 顶 升 箱 梁 , 对 支 座 反力进 行测 量 。 5 改造 效果 评价 5 1 桥 面高程 桥 面坐 标测 量 主 要有 2个 目的 : 一是 反 映 桥 面 纵向线形的整体变化 ; 二是各跨跨 中梁体横坡不方 便测 量 时 , 可通 过坐 标测量 方法 来解 决 。 S 1匝道桥 调 整 前 、 后 桥 面 各 测 点 高 程 差 、 径 向 位移 变化 量 见 图 6 。分 析 可 知
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