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桥梁调坡顶升关键技术之顶升支撑技术探讨

引言 1 工程概况 近年来,随着我国经济建设的高速发展,公 路、铁路和水运航道运输迅猛增长,尤其是城市高 架路迅速发展,一些既有高架桥梁不能满足新型 交通规划的发展需要,对这些既有桥梁采用顶升 的方法与拆除重建相比,是较为经济快捷的,既可 以保证附近交通或规划的实施,也节省了建设资 金,延长既有线路的使用寿命,体现了绿色环保理 念。通过桥梁顶升技术对既有下匝道桥梁进行调 坡顶升(各墩顶升高度不一致,成线性比例进行顶 升)与后续新建高架进行衔接贯通,是桥梁顶升改 造的一个新任务,在城市桥梁改造中应用前景较 广。 虽然桥梁顶升国内有些成功案例,但多是同 步顶升(各墩顶升高度相同),对于现浇混凝土连 续箱梁调坡顶升是近期才应用的领域。调坡顶升 工艺中的顶升支撑的布置与选择,如何适应调坡 过程中不断变化的水平力,确保顶升支撑系统不 发生偏心受力,确保顶升系统的稳定。如何进行顶 升的姿态控制,确保调坡顶升过程中现浇混凝土 箱梁的结构不发生应力突变产生破坏,是调坡顶 升工艺能否成功的关键。本文结合一座钢筋混凝 土连续箱梁的顶升调坡改造工程,对桥梁调坡顶 升改造施工关键技术中的顶升支撑布置及稳定技 术的计算进行初步探讨与阐述,希望能起到抛砖 引玉的作用,对桥梁调坡顶升技术在桥梁改造中 的进一步普及和发展起到有益的帮助。 收稿日期:2013—08—08 作者简介:蒋岩峰(1978-),男,黑龙江尚志人,工程师,从事 工程技术管理工作。 1.1 桥型概况 清水河桥为成都二环路直行机动车道上跨大 石西路交叉路口和清水河,主跨采用(26+70+70+26) 独塔自锚式悬索桥,全长192 m,南北两侧引桥均 为3×25 m预应力混凝土连续箱梁,梁顶宽l4.75 m, 梁底宽11.15 m,梁高1.5 m,箱梁截面形式为单箱 三室截面,顶底板厚0.25 m,腹板厚0.45 m。引桥段 最大坡度4.5%,1.5%的单向横坡。混凝土标号C50, 一联的混凝土工程量为767.5 m ,重约2 000 t。 见图1、图2所示。 1.2 顶升改造方案概况 将两侧引桥进行调坡顶升,两侧引桥纵坡由 既有的±4.5%的坡度调整至下坡一O.8%(南侧)和 (2)传力系统:采用主梁一支撑系统的传力模 式,主梁刚度设为刚性,恒载按主梁外边腹板间距 均匀加载,主梁恒载传递到支撑系统,保证力传递 过程能和系统刚度耦合; (3)支撑系统:由千斤顶和一系列支撑柱、横撑 组合成框架结构,支撑柱和承台刚性连接,可视为 支撑柱下固结,支撑顶部加载传力系统反力。 2.1.3 荷载取值 (1)恒载:顶升施工时考虑的恒载为:箱梁自 重、桥面系重,其中C50混凝土容重,按26 kN/m 计; (2)活载:顶升时交通封闭,无车活载及人群 活载,采用全桥同步顶升,各墩顶升无位移差,不 计活载。 2.2 顶升设备反力计算 该工程顶升设备由顶力为200 t的顶升液压 千斤顶及400 t的机械跟随千斤顶组成。机械跟随 千斤顶的位置就在原支座位置,所以对机械跟随 千斤顶支撑横梁情况不做计算。支撑反力可以直 接按两支座平分。 该工程主要对液压千斤顶顶升过程时候的横 梁,以及顶升系统进行强度验算。计算过程采用桥 梁博士计算,对支座采用弹性支撑,梁上反力按横 梁构造均布到2个分配钢梁上腹板区域(腹板区 域宽l1.5 m)如图6所示,q=9315.8/11.15=835.5 (kN/m),主梁刚度设为无穷大,下部支撑刚度,按 实际单个空心钢管支撑刚度I%=1536098 kN/m考 虑。 图6 液压反力计算示意图《单位:mm) 靠梁外支撑位3Ko,内支撑位2Ko,计算模型及 反力计算如下。 2.2.1 机械跟随千斤顶受力计算 机械跟随千斤顶位于原支座位置,可以直接 按两支座平分,计算如下: 机械跟随千斤顶最大反力为:Ns=9 315.8/4= 2 378.45(kN),小于机械跟随千斤顶额定顶力 4000 kN,安全系数K=4 000/2 378.45=1.68,机械跟 随千斤顶顶力配置满足要求。 2-2.2 液压千斤顶顶力计算 液压千斤顶最大反力为:N=3 1 19.8/3=1 040.0kN, 小于液压千斤顶额定顶力2 000 kN,安全系数K= 2000/1 040=1.92,液压千斤顶顶力配置满足要求。 2.2.3 液压千斤顶极限状况 顶升过程中,假设施工误差对以上四支座模 型,验算出现相对刚度相对较小的内侧支座2Ko脱 空的极端情况千斤顶的受力情况,见图7所示。 4657 9kN 4657 9kN 图7 液压反力计算示意图(单位:mm) 千斤顶最大反力为:N=4 657.9/3=1 552.6(kN), 小于液压千斤顶额定顶力2 000 kN,安全系数K= 2 000/1 552.6=1.29。液压千斤顶顶力配置满足要求。 此情况在该工程中不太可能发生,但从偏安 全考虑,该工程中计算均按此情况进行了考虑。 2.3 顶升支撑系统计算 2.3.1顶升支撑整体应力计算 顶升过程中,顺桥向考虑调坡角度引起的附 加水平力,横桥向考虑钢支撑柱与地平面不完全 垂直时产生的附加水平力,以上两种附加水平力 根据经验及现场安装误差可控情况,分别取值竖 向荷载大小的2%与1%。计算情况如下: 顶升过程中假设分两种情况:(1)5个液压千 斤顶同时受力;(2)3个主要千斤顶受力,其余2个 脱空。千斤顶受力由顶升系统计算得出,乘以2% 和1%的得出横纵向效应。纵向效应和竖直反力同 时加载到千斤顶上。其模型如图8、图9所示;结构 应力图如图10、图11所示;位移图如图l2所示。


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