装配式梁桥同步顶升及同类桥梁设计建议

茹 毅，杨立坡

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

装配式梁桥同步顶升及同类桥梁设计建议

茹 毅，杨立坡

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

以某新旧桥拼宽装配式空心板梁桥同步顶升支座更换工程为实例，采用梁格法建模计算了其顶升支反力，讨论了装配式梁桥同步顶升工程中千斤顶及临时支撑的布置问题。通过工程实例，指出新建桥梁下部及支座布置设计时应考虑运营期间的支座更换问题，并提出了相关的设计建议。

同步顶升；梁格法；千斤顶；支座布置

0　引言

目前，国内对于中小跨径的桥梁，绝大部分均采用装配式的钢筋混凝土梁桥或预应力混凝土梁桥。这种桥型一般采用多梁式结构，相应的支座数量较多。由于施工、环境、支座质量等多方面因素，在桥梁的运营过程中，支座的病害已成为此类桥梁主要病害之一。支座的病害直接影响到桥梁结构安全，为确保桥梁处于正常的使用功能状态，需要在不造成桥梁结构损伤的情况下对支座进行更换，恢复原有功能。

支座更换常用的方法是桥梁同步顶升施工法。其主要过程为在需要顶升部位设置临时顶升支撑，利用千斤顶、同步顶升设备对桥梁结构进行抬高的移位操作，顶升就位后将梁体安放于临时支撑上且保证其稳定，然后对墩台、支座或主梁进行改造施工，安装支座，最后落梁。

本文以某装配式预应力混凝土空心板梁桥支座更换项目为工程背景，对装配式简支梁桥同步顶升更换支座工程中的千斤顶及临时支撑的布置位置进行分析，并结合同步顶升更换支座过程中出现的问题对今后此类桥梁的支座及下部结构设计提出一些建议。

1　工程背景

本文中更换支座桥梁为某8×16 m装配式预应力混凝土空心板梁桥，斜交角度为45°。该桥老桥于1996年投入运营，设计荷载为汽车-超20级，挂-120，设计车速为120km/h，单幅桥面总宽12.5m，上部结构采用8×16 m预应力混凝土空心板梁，共12片梁，先简支后桥面连续。因为交通量的日益增长，该桥于2004年进行拓宽改造，扩建时采用同跨径的预应力混凝土空心板梁在两侧拼宽，每侧桥面宽度增加8.25 m，拓宽后的桥梁单幅全宽20.75 m，新增8片梁，新老桥间刚性连接，设计荷载为公路Ⅰ级。该桥立面、横断面见图1、图2。

图1　立面图(单位：cm)

图2　横断面图(单位：cm)

在对该桥的定期检查中发现，该桥新老桥支座普遍存在支座局部承压、支座垫石开裂的现象，此外，滑动支座全部反置。因此，需对全桥进行同步顶升并更换支座。

2　同步顶升关键问题分析

2.1顶升支反力分析

对于实际工程中大量存在的斜交角度较大的装配式梁桥，由于斜桥效应的存在，荷载横向分布计算比较复杂。采用梁格模型是一种常用的此类桥梁的分析计算方法[1]，本文应用Midas/Civil有限元程序建立了该桥的梁格模型。共建立668个节点，912个单元，11个施工阶段，考虑了收缩徐变、温度梯度等作用的影响。通过结构单元及边界条件的激活、钝化来实现各个施工阶段的计算分析。建立的模型见图3、图4。

图3　新老空心板梁全桥空间梁格计算模型

图4　全桥空间梁格划分平面图

恒载作用下及各作用效应标准组合作用下支反力计算结果见表1。本桥为新老桥拼宽桥梁，新老桥拼接处边梁（12#、13#梁）恒载反力受收缩徐变效应影响较大。在收缩徐变效应作用下，老桥恒载反力变小，新桥恒载反力变大。计算结果表明，标准组合下最大支反力出现在了新桥拼接处边梁钝角处，其标准组合作用下最大反力为448.7 kN，千斤顶吨位按1.2～1.5倍安全系数选取，结合其自身的规格系列，最终选用75 t。

2.2千斤顶及临时支撑布置

桥梁顶升是对既有桥梁的维修施工，故存在较多的约束条件，每座桥梁都需要结合自身实际情况来制定千斤顶及临时支撑的布置方案。针对空心板、箱梁时，则必须注意顶升部位，为防止底板处产生不利的受力状态，避免直接顶升梁体的底板中部，顶升位置一般设在两肋的中心点及箱梁的横梁部位[2]。

由于新老桥支座及垫石布置方式不同（见图5），本文中更换支座桥梁采取了两种千斤顶及临时支撑布置方案：（1）针对新老桥桥台及老桥桥墩处，由于空间位置足够放置一个大吨位（75 t）千斤顶，因此优先考虑在两个相邻板梁间铰缝位置处放置一个大吨位千斤顶，再在千斤顶两侧放置临时支撑，见图6。该方案可以降低相邻梁体由于顶升过程中可能产生不均匀位移而使铰缝及桥面铺装破坏的风险，同时能够减少千斤顶的使用数量以利于施工；（2）针对新桥桥墩处平面尺寸不足以放置大吨位千斤顶的情况，在两个相邻板梁间铰缝位置处放置临时支撑，在临时支撑两侧放置两个尺寸较小的小吨位千斤顶，见图7。为避免直接顶升底板中部，两种方案中千斤顶及临时支撑布置区域均为板梁两侧0.3 m范围内。

表1　支反力计算结果　kN

图5　新老桥桥墩各支点平面布置图

图6　千斤顶及临时支撑布置方案一

2.3局部承压问题

在确定千斤顶及临时支撑作用位置后，应对作用位置的梁体及台帽（盖梁）进行局部承载能力的复核，以确保局部承压面的安全性。计算可依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]中局部承压构件有关规定进行。

图7　千斤顶及临时支撑布置方案二

针对局部承压问题，可在千斤顶及临时支撑的上下安放钢垫板，一方面可起到调平作用，使顶升力垂直作用于梁体及台帽（盖梁）。另一方面能扩大局部承压面积，可通过增加钢垫板平面尺寸及厚度的方式使局部承压区受力满足要求。

3　新建桥梁针对支座更换的设计建议

在许多旧桥同步顶升更换支座过程中，经常出现顶升支点布置空间不足的情况。此时，往往需要采取设置剪力销牛腿支撑平台、凿除部分台帽（盖梁）混凝土等措施以满足顶升支点布置的空间要求，从而造成工程量及费用的成倍增加。因此，在新建桥梁设计中，提前考虑支座更换问题是十分有必要的。

现行设计规范鲜有中对支座更换问题的具体要求，《公路桥梁板式橡胶支座》[4]则在8.2.1条中对垫石的尺寸进行了规定：“板式橡胶支座安装处宜设置支承垫石，支承垫石平面尺寸大小应按局部承压计算确定，垫石长度、宽度应比支座相应的尺寸增加50 mm左右，其高度应为100 mm以上，且应考虑便于支座的更换。”

3.1平面布置

在进行台帽（盖梁）及其上支座垫石布置的设计时，应留意垫石边缘距台帽（盖梁）边缘距离（见图8中b值）。设计时应考虑梁体顶升所需吨位千斤顶的平面尺寸。例如，本文中更换这座桥梁同步顶升所用千斤顶为目前较多使用的超薄型同步千斤顶，所需千斤顶吨位为75 t（按3.1节中方案一布置），其外径D为16.5 cm。设计时b值可适当取为（D+5）cm，即21.5 cm。b值取值同时不宜过大，以免支座及垫石位置过深，影响对支座的检查及更换时的施工操作空间。表2为常用超薄型千斤顶吨位及对应尺寸，这些参数可作为支座布置及台帽（盖梁）尺寸设计的参考依据之一。

在满足上述要求的情况下，为尽量减小台帽（盖梁）的平面尺寸，垫石尺寸不必过大，按前述规范超出支座边缘50 mm左右即可。同时，无论是斜桥还是直桥，建议垫石边缘按与台帽（盖梁）边缘平行的方式来设置，以免出现本文中更换支座桥梁新桥桥墩盖梁上顶升支点布置空间不足情况。

图8　盖梁平面尺寸设计示意图

表2　常用超薄千斤顶尺寸　kN

3.2立面布置

下部结构设计时应注意考虑支座垫石的高度。支座垫石高度不宜过小，否则不利于对支座的检查与千斤顶的布置。垫石高度可按前述规范中规定的10 cm进行设置。此时，针对装配式梁桥同步顶升中常用的超薄型千斤顶，梁底至台帽（盖梁）顶面距离已能满足顶升支点布置要求。

3.3其他

针对空心板、小箱梁支点处梁体构造，可考虑适当增大空心板封头或小箱梁横隔梁宽度，为顶升支点的布置提供便利。此外，设计文件中应明确强调按图施工，预防施工中出现支座及其垫石随意设置的现象。

4　结　语

本文结合某空心板梁桥的工程实例对装配式梁桥同步顶升更换支座中的若干问题进行了分析。得出以下结论：

（1）针对装配式梁桥，特别是斜桥、拼宽桥梁等特殊结构，可采用梁格法建模计算其顶升支反力；

（2）每座桥梁需要结合自身实际情况来制定千斤顶及临时支撑的布置方案。针对装配式空心板梁桥，优先考虑在两个相邻板梁间铰缝位置处放置一个大吨位千斤顶；

（3）新建桥梁支座布置及盖梁尺寸设计时应提前考虑支座更换问题，垫石边缘距台帽（盖梁）边缘距离应考虑梁体顶升所需吨位对应千斤顶的平面尺寸，支座垫石高度不宜小于10 cm。

[1]E.C.Hambly.Bridge deck behaviour[M].London:Taylor&Francis,1991.

[2]李杨海.公路桥梁支座实用手册[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]JT/T 4-2004,公路桥梁板式橡胶支座[S].

U445

B

1009-7716（2016）02-0134-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.037

2015-10-28

茹毅（1990-），男，山西临汾人，助理工程师，从事桥梁设计工作。