異型連續梁橋變坡頂升中的關鍵問題探討

摘要：異型連續梁橋受力復雜，對其進行變坡頂升改造需進行詳細分析探討，以指導施工。本文主要針對異型連續梁橋在變坡頂升過程中，千斤頂縱向不同步及千斤頂失效對主梁的影響進行分析探討，為其他類似橋梁頂升施工提供參考。

關鍵詞：異型連續梁橋;變坡頂升;不同步分析;失效分析

1 引言

橋梁在服役期間，當下穿線路等級的提高、航道通航標準的提高、橋梁的變形與下沉，導致橋下凈空不足時，需要對其進行技術改造，以滿足功能要求。一般常用采取拆除重建，此方法不僅工期長、成本高，且對交通影響極大，而采用頂升技術既可減少改造對原有結構的不良影響，又可縮短工期、降低成本，且不影響交通，因此，具有廣闊的應用前景。橋梁頂升技術要求比較高，本文以一座異型連續梁橋變坡頂升施工為背景，探討了其在頂升過程中的幾個關鍵問題。

2 工程概況

某異型鋼筋砼連續梁橋（S6～S10聯）跨徑布置為4×20m，上部結構采用單箱多室等高鋼筋砼連續箱梁，梁高1.6m，橋面橫向異型加寬，從9.12m向21.87m漸變。該橋平面布置如圖1所示。

圖1" 橋梁平面布置圖（單位：cm）

該橋改建擬采用PLC同步頂升技術，上部主體結構頂升利用，下部結構樁基全部利用，承臺改建。該聯最大頂升高度達到5.0m，轉角達到3.6度（由4.3%下坡轉變為2.0%上坡）。各墩位頂升高度如表1所示。

表1" 各墩頂升高度明細表

墩號

原橋面標高（m）

設計標高（m）

橋面標高增值（m）

S6

12.180

17.164

4.984

S7

13.040

16.769

3.729

S8

13.900

16.375

2.475

S9

14.760

15.980

1.220

S10

15.619

15.840

0.221

2 橋梁頂升縱向不同步分析

橋梁在頂升過程中，很難做到各千斤頂完全同步，會存在位移差，從而會造成上部結構產生附加內力。若頂升不同量過大，則可能會造成主梁或橫向聯系的開裂甚至破壞。因此對于橋梁頂升縱向不同步分析很有必要，必須計算出不同步量控制的閥值，來指導施工。本文針對本橋異型連續箱梁的特點，采用梁格法建立有限元模型進行分析，如圖2所示。

圖2" 異型連續梁橋梁格模型

本橋擬采用全橋同步頂升方法，考慮到橋梁頂升為不破壞性的施工，以橋梁正常使用極限狀態的荷載組合為控制內力。在不同步分析中，為了準確計算各截面所允許的最大不同步值，首先計算出主梁各控制截面在恒載作用下的結構內力;再將主梁結構的控制內力減去頂升前主梁的內力，計算出主梁結構承載能力富余量，最后由這個富余量值除以單位不同步（1cm）在主梁截面所產生的附加內力，即可得到各截面所允許的最大不同步量。控制內力以各截面的彎矩作為限制，計算結果如表2所示。由表中可知，頂升不同步，會對主梁產生附加內力，本橋最大不同步值為7mm，若要提高不同步值，降低施工難度，則需對S9～S10孔跨中截面進行加固。

表2" 主梁各控制截面允許的最大不同步量

驗算對象

驗算截面

內力類型

承載能力富余量

單位不同步值引起主梁內力

最大不同步值（mm）

S6～S7

跨主梁

L/4

彎矩

（kN·m）

2393

977

24

跨中

彎矩

（kN·.m）

2603

2032

13

3L/4

彎矩

（kN·.m）

23108

3073

75

S7～S8

跨主梁

S7支點

彎矩

（kN·.m）

25871

5497

47

L/4

彎矩

（kN·m）

4517

1698

27

跨中

彎矩

（kN·m）

5744

2525

23

3L/4

彎矩

（kN·m）

35902

4227

85

S8～S9

跨主梁

S8支點

彎矩

（kN·m）

13667

9068

15

L/4

彎矩

（kN·m）

5174

3671

14

跨中

彎矩

（kN·m）

7962

2093

38

3L/4

彎矩

（kN·m）

70903

6855

103

S9～S10

跨主梁

S9支點

彎矩

（kN·m）

77675

10752

72

L/4

彎矩

（kN·m）

28946

5440

53

跨中

彎矩

（kN·.m）

2393

3662

7

3L/4

彎矩

（kN·m）

2603

1700

15

3 橋梁頂升千斤頂失效分析

橋梁頂升過程中，若有一個關鍵千斤頂失效，將會對主梁結構產生較大的影響，極有可能造成頂升橋梁的倒塌。因此很有必要對千斤頂進行失效分析，探討失效后，對結構的影響，找到關鍵部位以作為監控要點。

頂升千斤頂一般設置在原支座附近，本橋共17個支座，頂升時擬采用17個千斤頂，再由各個頂升點的受力，選取不同型號的千斤頂。本文選擇S6墩的一個千斤頂進行失效分析。在S6墩設置S6-1、S6-2兩個千斤頂，經計算支點反力為800kN，頂升選用頂推力為1000kN的千斤頂，安全系數達到1.25。假定在頂升過程中，S6-1千斤頂失效，計算結果如表3所示。由表中可知，當S6-1千斤頂失效后，S6-2千斤頂承受力將增大到1327kN，該千斤頂此時因承載力不足而失效。此外，當S6-1千斤頂失效后，S6～S7跨主梁大部分截面抗扭承載能力不滿足要求，部分截面抗剪承載力也不滿足要求。因此，S6墩千斤頂的頂升力與位移及S7號墩頂截面的剪應力是頂升施工中監控的重點。

表3" S6-1千斤頂失效后S6～S7跨主梁關鍵截面抗扭、抗剪計算

驗算

對象

驗算

截面

扭矩

（kN·m）

抗扭承載力（kN·m）

抗扭安

全系數

剪力

（kN）

抗剪承載力（kN）

抗剪安

全系數

S6～S7主梁

S6支點

2564

2040

0.80

1407

2779

1.98

L/4

3106

2021

0.65

1047

2818

2.69

跨中

2227

1621

0.73

957

2848

2.98

3L/4

1733

1669

0.96

1006

2771

2.75

S7支點

2334

1296

0.56

4557

3083

0.68

4 結論

本文以某S6～S10聯異型連續梁橋變坡頂升施工為實例，對其在頂升過程中幾個關鍵問題做了探討，得出以下結論：

（1）橋梁頂升過程中，千斤頂的不同步，會使主梁產生附加內力，同步誤差的控制范圍與橋梁整體狀況相關。本文所討論的異型連續梁，若保證其頂升過程中不產生破壞，不同步誤差僅7mm。

（2）橋梁頂升過程中，千斤頂失效后，對主梁受力影響的分析可以對施工監控關鍵部位的確定具有指導意義。

參考文獻：

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