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桥梁支座更换

橡胶支座病害分析及顶升法更换桥梁支座

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1橡胶支座常见病害及原因分析

1.1橡胶支座常见病害

1)橡胶支座老化、开裂或异常变形。(2)支座

受力不均,各支座压缩量相差过大,个别支座负荷较重而较早损坏。(3)板式橡胶支座四氟板滑动受阻,限制了桥梁上部结构伸缩,在桥墩或盖梁上产生水平拉力,严重时会导致墩台帽开裂。(4)橡胶支座局部或整体脱空。支座脱空后会改变桥梁上部结构受力状态,在梁体内部产生扭矩等附加应力,甚至引起梁体裂缝;局部脱空会使支座承受偏心荷载,局部承压过大而导致支座开裂

1.2橡胶支座病害原因

1.2.1支座质量

橡胶支座质量是决定支座应用性能的关键因素,橡胶支座除了其外型尺寸、外观质量和力学指标满足规范要求外,应解剖检验其内部加劲钢板层和橡胶层的层数、厚度、强度和粘结性能。加劲钢板制约着支座的抗压强度和刚度,阻止支座在荷载作用下横向膨胀,加劲钢板不符合要求会降低支座抗压能力以致过载破坏1。支座内部结构层厚度不均或粘结强度不够会在支座内部产生应力集中,导致局部粘结破坏,降低支座抗剪性能,产生异常变形乃至开裂。另外还应注意检验橡胶支座中是否含有再生橡胶,含有再生橡胶的支座在自然温差变化条件下会较快老化,造成支座变形能力下降,引起支座开裂等

1.2.2设计因素

桥梁设计时多采用简化的计算模型进行计算,而支

座实际受力情况与多种因素有关,这就造成设计支座的计算反力、转角和位移和实际不相符。桥梁支座设计时

应充分考虑桥梁的结构形式、弯斜特征、坡度以及混凝土收缩徐变等原因造成各支座受力和变形差异的情况进行合理支座选型

1.2.3施工因素

1)支座垫石或预制梁底预埋钢板不平,当梁体吊

装后梁体与支座接触不良,造成支座受力变形不均,甚至局部脱空

2)预制梁吊装就位时落梁不稳或由于调整梁体位置使支座初始剪切变形较大,这样在使用阶段支座初始变形加上梁体伸缩变形超过支座正常剪切变形容许值,造成支座异常变形和开裂

3)四氟板式橡胶支座在施工安装中未涂抹润滑剂或支座处建筑垃圾清理不干净,造成钢板锈蚀,四氟板无法正常滑动

4)支座垫石钢筋网片设置不合适或混凝土浇注缺陷,梁体承受荷载后,垫石破裂变形,造成支座受力不均或脱空

5)支座安装位置或高程不准,甚至在工程中存在盆式橡胶支座上下盘反装,支座滑板滑动方向与梁体变形方向不一致的情况

1.2.4其他因素

桥梁伸缩缝漏水等多方面原因造成支座长期水浸

冬季冻胀,使支座老化加剧。支座养护不当,没有定期对支座及墩台清理也会引起支座病害产生

2支座更换方法

1)有翼缘板的T、箱梁等简支梁桥,墩台结构无任何病害。可以直接考虑在盖梁、台帽或墩帽顶面实施顶升,施工最容易

2)板梁桥、需加固墩台的简支梁桥,有可以利用

桥隧工程

的扩大基础或承台,需搭设顶升支架实施作业,但顶升点应尽可能地靠近原支点

3)板梁桥、需加固墩台的简支梁桥,没有可以利用的扩大基础或承台,需重新浇注临时承重基础,再搭设顶升支架实施作业

另外还可以在盖梁上搭设鞍型支架”,将千斤顶布置在支架作业面上,在不改变盖梁受力状态的情况下进行顶升3。由于千斤顶布置在鞍型支架”上,当梁体顶起后,支架将承受较大支撑力,所以对支架的强度、刚度和稳定性有较高要求

本文结合工程实例对整体顶升法更换桥梁支座进行阐述,内容涉及桥梁顶升支座反力计算、施组设计、过程监控等方面

3整体顶升法更换支座

3.1工程概况

京周路高速跨线2号桥位于北京市房山区京周路

K30+800,跨越京石高速公路。桥梁分左右两幅,全宽21m,全长95m,上部结构为18+25+25+18m四孔预应力现浇曲线箱梁。桥梁下部为独柱桥墩,钻孔灌注桩基础

由于通行重车较多,经检测单位检测,该桥除桥面铺装、人行步道和伸缩缝破损严重外,其主要病害在桥梁支座。根据检测报告由于该桥外半幅桥梁长期承受超载和偏载作用,梁体向外扭转4号台内侧支座完全脱空3号墩墩顶支座由于梁体偏转导致其外侧上下预埋螺栓顶死;其余支座偏压情况也比较严重。桥梁箱梁和墩台未发现异常现象,混凝土强度、碳化深度和保护层满足设计要求。本次施工加固左幅桥梁,重做桥面系,更换伸缩缝,对左幅桥墩扩大截面施工,更换左幅桥梁全部支座

3.2桥墩施工

该桥通行重车偏载较多,为增加其抗扭转能力,防止

桥梁加固后再次发生向外偏转,经设计计算在原桥墩承台及墩身上植筋,进行扩大截面施工,将原单支座改为内外侧双支座。现浇墩柱盖梁设置钢板箍,为避免桥下盖梁混凝土浇注时梁底作业空间小且盖梁钢筋较密导致振捣不到位,先浇注下部墩身,后以钢板箍为模板浇注自密实混凝土盖梁。为增加梁体抗侧移能力在桥墩挡块内侧增设GJZ200mm×300mm×49mm横向限位支座。梁底距盖梁顶面预留20cm空间以便调整新支座标高和放置顶升设备

3.3整体顶升

3.3.1反力计算

利用ANSYS软件按照原桥尺寸建立三维模型,全

桥共划分12354C3D8R单元2号墩支座约束xyz三个方向平动自由度,其它支座约束两方向自由度。由于顶升时临时中断交通,不考虑汽车活载作用,施加箱梁自重,桥面铺装和防撞栏作为外荷载考虑,不作为结构一部分

桥梁墩台千斤顶以桥梁纵轴线对称布置,考虑到梁体为曲线箱梁,梁体已发生扭转变形和重心偏移,为保证顶升顺利进行,本次顶升千斤顶布置采用了较大安全系数。单个千斤顶油泵控制顶升力近似以平均值控制,实际顶升过程中根据实际情况合理调节,逐渐增大顶升力,直至梁体自重全部由支座转换到千斤顶上,梁体开始发生位移。梁体发生位移后应控制顶升的同步性,以免梁体出现较大的附加应力

3.3.2施工准备

1)搭建操作平台,解除梁体约束,清理作业区间

杂物

2)对千斤顶和油泵进行标定,布置顶升系统并进行调试

3)安置顶升过程位移和应变监控系统

4)对施工人员进行详细技术交底

3.3.3顶升

1)预顶升

千斤顶全部采用100T型号TRSM-1000超薄液压千斤顶,顶身高度86mm。正式顶升之前进行预顶升以消除可能出现的非弹性变形。预顶升以升至设计荷载为控制荷载,在梁体没有正式顶起前停止,持荷5min后卸载,检查设备运转、人员配合和信息沟通情况

2)力控阶段

采用5组油泵控制千斤顶,顶升过程以同步5mm

为一量程,每顶升一个量程,架设临时支撑,待梁体自重转换到临时支撑上后垫高千斤顶继续下一个量程的顶升,以此循环直到各墩顶升到设计高度。千斤顶的顶升力以表1作为参照,施工中根据实际情况做了小幅调整。顶升过程中应加强位移监控,保证每个顶升量程内,各墩台千斤顶同步误差在1mm,为防止梁体出现太大附加应力,相邻墩台顶升高度不宜超过2cm

3.3.4位控阶段

当箱梁起顶后,箱梁自重转换到千斤顶上,千斤顶

在均匀顶升的过程中顶升力的大小不会有大的变化,应该用梁体上升位移来控制顶升4。由于箱梁明显扭转,需对梁体进行纠偏作业以恢复原桥存在的2%超高横坡。对照原桥设计图纸,测量现状桥梁底高程,计算新设支座中心位置顶面高程,与现状箱梁底面相同位置高程相比,高程改变见表1

顶升过程中所有墩台同步顶升进行到第5个量程0#4#桥台放置临时支撑停止顶升,其余墩柱继续顶升;顶升至8个量程1#3#墩放置临时支撑;继续顶升2#墩至11个量程,临时支撑如图1所示

 

图片1

3.3.5更换支座及落梁

所有临时支撑安放稳定后,可撤除千斤顶,取下桥

墩盆式支座和桥台处四氟滑板支座,对破损处用环氧砂浆修补。根据表1计算的支座高程变更量下反计算支座垫石标高,浇注支座垫石,安放新支座

支座更换完毕,重新布置顶升设备,依照顶升相逆程序,逐量程倒换千斤顶,取下临时支撑,直至梁体准确就位到新支座。检查支座是否紧密压实,否则重新顶起箱梁采取更正措施

4顶升监控

1)位移监控

位移监测以位移传感器为主,辅助以百分表。位移

传感器布置在桥梁墩台箱梁底板中轴线处,百分表布置在箱梁底板千斤顶接近位置,同一墩台内外侧分别布置

一个,顶升过程紧密观测以控制顶升同步误差。(2)应变监控

在箱梁每跨1/21/4截面以及顶升作用点位置粘贴应变片,在顶升过程中监测这些控制截面混凝土应变变化不超过规范限值。如产生应变异常情况应立即停止顶升进行调整

5结语

在桥梁工程中,支座尤其是橡胶支座的使用寿命受到多方面因素的制约,往往远低于桥梁主体结构的使用寿命,成为影响桥梁使用性能的重要原因。京周路京石高速跨线桥利用整体顶升法更换桥梁支座工程,合理利用了技术性能尚好的桥梁主体结构,节省了大笔的资金,又满足了道路通行要求。实践证明利用整体顶升法更换桥梁支座,采用力控和位控双指标控制顶升过程,施工工艺简便,实用性强,对修复桥梁支座病害具有良好的社会效益和经济效益

 

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