簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座安裝與更換技術(shù)試驗研究.doc

分類號 U445.7+4 單位代碼 10618密 級 學(xué) 號 106260262碩 士 學(xué) 位 論 文論文題目： 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座安裝與更換技術(shù)試驗研究 Experimental Research on the Technology for Installation and Replacing Simple Supported- Continuous Girder Bridge Bearing 研究生姓名： 萬 飛導(dǎo)師姓名、職稱： 張永水 教授申請學(xué)位門類： 工 學(xué) 專 業(yè) 名 稱： 橋梁與隧道工程論文答辯日期： 2009年4月7日學(xué)位授予單位： 重 慶 交 通 大 學(xué)答辯委員會主席： 馬 奎 評閱人： 馬 奎 巫祖烈2009年4月重慶交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本人學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行信息服務(wù)（包括但不限于匯編、復(fù)制、發(fā)行、信息網(wǎng)絡(luò)傳播等），同時本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。 學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意將本學(xué)位論文提交至中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社CNKI系列數(shù)據(jù)庫中全文發(fā)布，并按中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要本文以云南省交通廳科技項目子課題為依托，針對簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋板式橡膠支座安裝及更換問題，就板式橡膠支座的安裝方法、失效判別、支座更換展開深入研究，重點對板式橡膠支座安裝施工工藝流程、失效判別標(biāo)準(zhǔn)、支座更換施工技術(shù)、支座更換施工工藝流程提出了新的方法、新的指標(biāo)、新的策略。論文的主要研究內(nèi)容如下：（1）綜述國內(nèi)外公路橋梁橡膠支座的使用及更換現(xiàn)狀。（2）詳細(xì)分析公路橋梁板式橡膠支座在安裝中存在的主要問題，并提供了相應(yīng)的解決方案，在此基礎(chǔ)上提出了板式橡膠支座安裝的施工工藝流程。（3）從公路橋梁板式橡膠支座失效的主要表現(xiàn)形式出發(fā)，對公路橋梁板式橡膠支座失效的主要原因進(jìn)行分析，提出了板式橡膠支座的失效判別標(biāo)準(zhǔn)。（4）應(yīng)用ANSYS軟件對20米跨徑、四跨一聯(lián)的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋進(jìn)行“余弦逐波頂升”仿真計算分析，總結(jié)了梁體頂升過程中梁體局部應(yīng)力及支座反力的變化規(guī)律。（5）以20米跨徑、四跨一聯(lián)的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋為原型，進(jìn)行了梁體頂升模型試驗，驗證了“余弦逐波頂升”的可行性，并給出了該型橋梁在進(jìn)行“余弦逐波頂升”時梁體的頂升限值。（6）系統(tǒng)總結(jié)了在進(jìn)行簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換時的施工工藝，提出了支撐體系、梁體頂升液壓系統(tǒng)、梁體頂升監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法，以及制定支座更換方案所需要做的具體工作。關(guān)鍵詞：簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋；支座安裝；支座更換；失效判別；“余弦逐波頂升”ABSTRACTThis paper rely on science and technology project of Communications Department of Yunnan Province,study on the problems of bearing installation and replacement,expansion further researching on the installation of laminated rubber bearing、invalidation discrimination、bearing replacement, put forward the new method、index and strategy to the construction process flow of laminated rubber bearing、discriminant standard of invalidation、construction technology of bearing installation、the construction process flow of bearing replacement. The main contents and contributions of this dissertation are listed as follows:(1) Review on the present situation on the highway bridge rubber bearing installing and replacement at home and abroad.(2)Analysesed the problem existing in the installation of high way bridge plate rubber bearing,give the solution to these problems,put forward the installation construction process flow of plate rubber bearing.(3)Rely on the main manifestation of invalidation of hige way bridge plate rubber bearing,analysis the main reason that caused the plate rubber bearing invalidate,put forward invalidation discrimination standard of the plate rubber bearing.(4)Performed beam-bodys lifting-up simulation calculation analysis to the simple sopported-continuous girder bridge of 20 meters one span and bearn with four spans with ANSYS program,summarize the change law of support reaction and partial beam bodys stress in lifting-pu the beam body.(5)Taking the simple sopported-continuous girder bridge of 20 meters one span and bearn with four spans to be prototype,porcessing the model esperiment of beam-dody lifting-up,verified the feasibility of “l(fā)ifting-up consine wave one by one”,and given the limit value in lifting-up the beam body.(6)Systematic summarize the construction technology in replacing the bearing of simple supported-continuous girder bridge,given the design method of the supporting system、hydraulic system and monitoring system of lifting-up the beam body,and concrete work in making the scheme of replacing the bearing.KEY WORDS: simple supported-continuous girder bridge;bearing installation;bearing replacement;invalidation discrimination;”lifting-up consine wave one by one”目 錄第一章 緒論11.1 課題的研究背景11.1.1 我國橡膠支座的使用現(xiàn)狀11.1.2橋梁支座更換國內(nèi)外工程實例21.1.3 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換現(xiàn)狀71.2 我國橋梁支座更換技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在問題81.2.1 我國橋梁支座更換技術(shù)研究現(xiàn)狀81.2.2 我國橋梁支座更換存在的問題81.3 課題的研究目的和意義91.4 本文的主要研究內(nèi)容11第二章 公路橋梁板式橡膠支座安裝技術(shù)研究122.1 引言122.2 板式橡膠支座安裝施工的常見問題及相應(yīng)解決方案122.2.1 預(yù)制梁底的相關(guān)問題及相應(yīng)的解決方案122.2.2 支座墊石的相關(guān)問題及相應(yīng)解決方案152.2.3 擋塊的相關(guān)問題及相應(yīng)解決方案192.2.4 支座的異常變形、脫空問題及相應(yīng)解決方案202.2.5 四氟滑板式橡膠支座的安裝問題及相應(yīng)解決方案212.3 公路橋梁板式橡膠支座安裝技術(shù)研究222.3.1 普通板式橡膠支座安裝技術(shù)222.3.2 四氟滑板式橡膠支座安裝技術(shù)272.4 本章小結(jié)30第三章 公路橋梁板式橡膠支座失效判別機(jī)制研究313.1 引言313.2 公路橋梁板式橡膠支座失效的表現(xiàn)形式313.2.1 支座脫空313.2.2 支座異常變形323.2.3 滑動支座不能正?；瑒?33.2.4 支座開裂333.3 公路橋梁板式橡膠支座失效的原因分析343.3.1 橡膠支座質(zhì)量因素的分析343.3.2 橡膠支座的試驗檢測353.3.3 橡膠支座的選用和安裝363.4 公路橋梁板式橡膠支座失效判別機(jī)制研究373.4.1 板式橡膠支座使用前的質(zhì)量檢測383.4.2 板式橡膠使用后的失效判別413.5 本章小結(jié)42第四章 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋“余弦逐波頂升”仿真計算分析434.1 引言434.2 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)受力特點分析434.2.1 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋類型434.2.2 收縮徐變對簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的影響分析444.3 本文依托工程簡介及總體計算說明454.3.1 工程簡介454.3.2 總體計算說明454.3.3 “余弦逐波頂升”地定義504.4 420m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋梁體頂升計算結(jié)果514.4.1 計算說明514.4.2 梁體頂升荷載工況524.4.3 應(yīng)力計算結(jié)果524.4.4 支座反力計算結(jié)果554.5 計算結(jié)論58第五章 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋梁體頂升試驗研究625.1 引言625.2 試驗設(shè)計625.2.1 試驗依據(jù)625.2.2 試驗方案設(shè)計625.3 試驗內(nèi)容665.3.1 頂升位置及測試截面665.3.2 試驗項目665.4 試驗綜述675.4.1 測點布置675.4.2 荷載布置685.4.3 試驗儀器685.5 試驗結(jié)果695.5.1 全橋配重應(yīng)力檢測結(jié)果695.5.2 梁體頂升應(yīng)力檢測結(jié)果705.5.3 2墩頂連續(xù)處破壞試驗應(yīng)力檢測結(jié)果735.6 試驗結(jié)論735.6.1 關(guān)于配重745.6.2 關(guān)于梁體的頂升765.6.3 關(guān)于梁體的頂升量815.6.4 關(guān)于余弦逐波頂升825.6.5 試驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)的比較83第六章 公路橋梁板式橡膠支座更換工程實例模擬876.1 引言876.2 工程背景資料簡介876.3 支撐體系的設(shè)計876.4 梁體頂升液壓系統(tǒng)設(shè)計906.4.1 千斤頂頂升力的確定906.4.2 選擇頂升系統(tǒng)916.4.3 頂升點處混凝土局部受壓承載力驗算926.4.4 頂升及落梁936.5 梁體頂升監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計936.6 支座更換方案的制定956.6.1 支座更換背景資料調(diào)查956.6.2梁體頂升液壓系統(tǒng)設(shè)計956.6.3 支座更換實施步驟966.7 本章小結(jié)97第七章 總結(jié)與展望987.1 主要結(jié)論987.2 工作展望98致 謝100參考文獻(xiàn)101在學(xué)期間發(fā)表的論著及取得的科研成果103第一章 緒論11第一章 緒論1.1 課題的研究背景1.1.1 我國橡膠支座的使用現(xiàn)狀20世紀(jì)50年代，國外在橋梁上開始應(yīng)用橡膠支座，橡膠支座與金屬剛性支座相比，具有構(gòu)造簡單、節(jié)省鋼材、造價低、結(jié)構(gòu)高度小、安裝方便等一系列優(yōu)點，在橋梁工程中獲得廣泛應(yīng)用，尤其在簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋上應(yīng)用更為廣泛。實踐證明，橡膠支座具有顯著的隔震和減震效果，在剎車力作用下有明顯的適應(yīng)剪切變形的能力。我國自1964年首次使用板式橡膠支座以來，在20世紀(jì)70年代末相繼研制成四氟板式橡膠支座和盆式橡膠支座，在20世紀(jì)80年代末研制成球形支座。近20年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，許多橡膠支座出現(xiàn)了一系列問題，危及橋梁的正常運行1。目前橡膠支座的病害相當(dāng)普遍。經(jīng)調(diào)查黑龍江省截止至2003年底擁有橋梁299065m9347座，其中永久性橋287287m8620座，使用橡膠支座所占比重為60。發(fā)現(xiàn)支座病害較多，占橡膠支座比重的35，情況大體表現(xiàn)為：支座承壓不均勻，支座座板扭曲斷裂，焊縫開裂，支座位移大于容許偏差，支座產(chǎn)生永久變形，固定栓銷切斷，支座老化等。依照公路養(yǎng)護(hù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，這些情況大部分都需要更換支座來彌補(bǔ)缺陷。鐵路部門對19701994年在北京鐵路局鋪設(shè)的板式橡膠支座的使用狀況開展了抽樣調(diào)查工作，共調(diào)查了849孔4792塊支座，占板式橡膠支座總數(shù)的70.6。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一些支座出現(xiàn)裂紋、外鼓和壓潰現(xiàn)象。另外，鐵路部門也對濟(jì)南鐵路局鋪設(shè)的共計8120塊板式橡膠支座進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有病害的支座112塊，占總數(shù)1.38，主要病害是橡膠不均勻外鼓、局部支座脫空和水平裂紋。其中，較嚴(yán)重的有64塊，占總數(shù)的0.8% 2。目前橡膠支座的病害程度驚人。1995 年建成的吉林省某高速公路大橋通車7 年支座嚴(yán)重?fù)p壞， 2002 年開始更換。福建省某高速公路大橋使用的板式橡膠支座， 通車半年后發(fā)現(xiàn)有40 多處損壞。如2000年京珠高速公路廣東段有幾座橋梁，大梁剛吊裝上去，大部分橡膠支座就已經(jīng)開裂，不得不更換。2001年107國道廣東省清遠(yuǎn)縣新北河大橋的橡膠支座剛使用了3年多，就有大部分支座損壞，而不得不全部更換。2002年京滬高速公路江蘇宿遷段新祈河大橋發(fā)生了嚴(yán)重的橡膠支座質(zhì)量事故。該橋1999年初施工安裝，2000年上半年通車。2001年12月發(fā)現(xiàn)橋面大梁在支座處下陷，檢查發(fā)現(xiàn)病害是因橡膠支座的破壞而引起，全面檢查后發(fā)現(xiàn)全橋橡膠支座有損壞的占3/4。2002年3月6月用了3個月的時間，在不中斷交通的情況下全部更換，耗資100多萬元。該橋支座僅用1年半時間，壽命如此短暫，不能不引起重視3。此外，因橡膠支座引發(fā)的梁體滑移事故也屢見不鮮。在城市立交橋、曲線梁橋以及山區(qū)丘陵地帶的多跨梁橋等，由于縱坡的存在，使一部分橋面重力轉(zhuǎn)化為水平推力作用在柔性墩上。據(jù)調(diào)查，許多梁橋沒有處理好縱坡，發(fā)生了梁體滑移現(xiàn)象，不得已更換支座，如勒竹高架橋空心板梁發(fā)生了橋面偏移下滑的事故。從上述情況看，目前我國現(xiàn)有橡膠支座的完好率是很低的，破損程度較嚴(yán)重，許多橡膠支座已經(jīng)達(dá)了必須重新布置和更換的程度。1.1.2橋梁支座更換國內(nèi)外工程實例國外橋梁支座更換工程實例美國金門大橋在經(jīng)歷了1989年的洛馬-普雷塔地震之后，檢測表明金門大橋需要進(jìn)行一次認(rèn)真的維修，從而保證在下一次大地震中能夠完好無損。2002年BalofurBeytt建筑公司和ENERPAC(恩派克)公司應(yīng)邀利用液壓控制同步頂升系統(tǒng)在不中斷交通的情況下對美國最高的大橋一金門大橋進(jìn)行了支座抗震改造，改造后70“高齡”的金門大橋能夠經(jīng)受8.3級地震的考驗，并能承受相當(dāng)于它自身220%的重量的橫向力，在進(jìn)行翻修之前這一數(shù)值僅為7.5%，如圖1.1（a）。在法國，2004年12月14日由法國總統(tǒng)希拉克親自剪彩竣工的米勞大橋，是世界上最高的大橋，該橋最高點達(dá)343米，其橋面寬27.35米，長2460米，總重29萬噸，其中僅鋼結(jié)構(gòu)橋面就重達(dá)36000噸，橋梁下是深深的山谷，如圖1.1（b）。美國實用動力歐洲工程中心運用先進(jìn)的液壓及控制技術(shù)，成功解決了米勞大橋在深谷中架設(shè)臨時橋墩、重型鋼結(jié)構(gòu)橋面架設(shè)等施工難題。它們?yōu)檫@一世界矚目的工程提供了這樣的解決方案：一方面采用計算機(jī)控制同步頂升系統(tǒng)輔助橋墩建造，幫助橋墩長高到77米到245米不等；另一方面采用特殊設(shè)計的計算機(jī)控制超高壓液壓平移系統(tǒng)，解決大橋總重36000噸的鋼結(jié)構(gòu)橋面平移就位難題。國外因其先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，充足的資金在面對橋梁支座更換時也以整體同步頂升技術(shù)為主。如圖1.1所示，為國外部分具有代表性的橋梁頂升工程。(a)美國金門大橋 (b)法國米勞大橋圖1.1 國外橋梁頂升工程Fig1.1 Bridge jacking-up engineering abroad國內(nèi)橋梁支座更換工程實例2003年9月13日中午12時，由天津城建集團(tuán)承建的我國第一座采用整體頂升技術(shù)改造的橋梁工程獅子林橋主橋成功回梁就位，該橋被整體抬升1.27m。它標(biāo)志著在我國橋梁建設(shè)史上具有里程碑意義的第一個橋梁頂升工程獲得了成功，開創(chuàng)了我國橋梁頂升的先河，見圖1.2。根據(jù)設(shè)計單位天津城建設(shè)計院編制的工程概算書，抬升舊橋的工程總投資約為1532.3萬元，比拆除重建所需的4196.5萬元節(jié)約投資2664.2萬元。同時，舊橋拆除重建的正常工期約為八個月，長期斷交勢必嚴(yán)重影響周邊環(huán)境及交通狀況。而抬升舊橋工期僅為一個半月，可以最大限度地減輕斷交帶來的交通壓力。獅子林橋抬升工程不僅是構(gòu)建海河旅游觀光帶的重要工程，也是天津市歷史上史無前例的工程。不僅采用的高新技術(shù)和施工工藝是世界領(lǐng)先的，工程所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效益也將是深遠(yuǎn)的4。圖1.2 天津海河獅子林橋頂升工程Fig1.2 Tianjin Shizi Lin bridge jacking-up engineering豐城贛江大橋是豐城市近郊的一座上跨贛江干流的特大型橋梁，全長1206米，副孔上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。該橋建于1994年，由于通車后交通量增長迅猛，橋梁在經(jīng)過長時間的使用后，出現(xiàn)了一些病害問題，經(jīng)檢測需要對副孔22個墩（臺）進(jìn)行整體頂升，合計更換橡膠支座336塊，施工中采用了檢測實驗專用平臺等先進(jìn)設(shè)備，該工程于2007年4月1日進(jìn)場，2007年6月10日完工。甬金高速公路澄潭江大橋某墩箱梁支座在通車一年后發(fā)生病害，無法繼續(xù)使用，需進(jìn)行整體頂升后更換支座。該墩高約15米，共計有8塊聚四氟乙稀滑板支座。工程于2007年6月1日順利完成。宛坪高速公路是國家重點公路規(guī)劃建設(shè)項目上海至武威干線公路的重要組成路段。宛坪高速公路起自南陽市臥龍區(qū)辛店，與南陽至信陽高速公路連接，經(jīng)由鎮(zhèn)平、內(nèi)鄉(xiāng)、西峽三縣，止于西峽縣西坪鎮(zhèn)豫陜兩省交界處，全長150公里，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道，路基寬35米，設(shè)計時速120公里。本次有兩座橋墩和47座橋臺合計501個支座需要更換或調(diào)整，該工程已于2007年10月12日順利完工。從工程角度來看，近幾年來，我國橋梁頂升技術(shù)已經(jīng)達(dá)到較高的水平，橋梁頂升技術(shù)不僅僅用于橋梁支座更換，更多的被應(yīng)用于橋面標(biāo)高改造、增加通航凈空、橋梁架設(shè)等方面。如圖1.3、表1.1所示，為我國部分具有代表性的橋梁頂升項目。(a)天津海河北安橋 (b)莘奉金高速公路顓興路跨線橋(c)吳淞江大橋 (d)湖州豈風(fēng)大橋(e)新余市天工路立交橋 (f)浙贛線玉山下鎮(zhèn)跨線橋(g)湯溪車站公路立交橋 (h)蔣堂公路立交橋(i)開陽高速公路某橋 (j)豐城贛江大橋(k)甬金高速公路澄潭江大橋 (l)宛坪高速公路某橋(m)武廣快速客運專線竹園特大橋 (n)江西大萬東邊橋、王陂橋圖1.3 國內(nèi)代表性橋梁頂升工程Fig1.3 Domestic representative bridge jacking-up engineering表1.1 國內(nèi)代表性頂升工程Tab1.1 Domestic representative bridge jacking-up engineering序號工程項目結(jié)構(gòu)形式施工目的施工方法頂升高度（cm）完工時間備注1天津海河獅子林橋連續(xù)箱梁橋面標(biāo)高改造整體同步頂升1272003.9圖1-22天津海河北安橋連續(xù)箱梁增加通航凈空整體同步頂升1502004.2圖1-3(a)3莘奉金高速公路顓興路跨線橋連續(xù)鋼箱梁主橋架設(shè)整體同步頂升/2004.4圖1-3(b)4吳淞江大橋主橋系桿拱橋主橋架設(shè)整體同步頂升102004.5圖1-3(c)5黃長線立交連續(xù)箱梁橋面標(biāo)高改造逐墩頂升2.7-1252005.5/6上海市云嶺西路立交工程簡支空心板梁橋面標(biāo)高改造整體同步頂升27-2702005.10/7湖州豈風(fēng)大橋系桿拱橋增加通航凈空整體同步頂升2502006.5圖1-3(d)8新余市天工路立交橋簡支T梁增加凈空整體同步頂升1552006.10圖1-3(e)9浙贛線玉山下鎮(zhèn)跨線橋簡支空心板梁增加凈空整體同步頂升1102006.12圖1-3(f)10湯溪車站公路立交橋簡支T梁增加凈空整體同步頂升872006.12圖1-3(g)11蔣堂公路立交橋簡支T梁增加凈空整體同步頂升522006.12圖1-3(h)12開陽高速公路某橋簡支空心板梁支座更換鞍型支架法適合更換2007.6圖1-3(i)13豐城贛江大橋簡支小箱梁支座更換整體同步頂升適合更換2007.6圖1-3(j)14甬金高速公路澄潭江大橋簡支小箱梁支座更換整體同步頂升適合更換2007.6圖1-3(k)15宛坪高速公路某橋簡支T梁支座更換整體同步頂升適合更換2007.10圖1-3(l)16武廣快速客運專線竹園特大橋簡支箱梁支座更換整體同步頂升適合更換2007.12圖1-3(m)17江西大萬東邊橋、王陂橋簡支空心板梁橋面標(biāo)高改造整體同步頂升332007.12圖1-3(n)1.1.3 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換現(xiàn)狀簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋以其結(jié)構(gòu)受力性能好、施工方便快捷、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程量小、抗震能力強(qiáng)、適應(yīng)線型靈活等而成為最富有競爭力的主要橋型之一。自20世紀(jì)以來，在我國橋梁工程各領(lǐng)域尤其是高速公路橋梁中得到了十分迅猛的發(fā)展和應(yīng)用。而且，隨著技術(shù)、設(shè)計理論的不斷發(fā)展和完善，尤其是預(yù)應(yīng)力、超大型機(jī)具設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)的成熟應(yīng)用，將進(jìn)一步促使簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋活躍在整個橋梁工程領(lǐng)域。由于簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的建設(shè)年代不是那么久遠(yuǎn)，因此，其支座損壞到必須更換的情況還未大規(guī)模出現(xiàn)，支座更換的施工報道也不多見。本文之所以選取簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的支座更換做為分析的重點，一是本文依托工程云南水麻高速公路上的大多數(shù)橋型都是這種結(jié)構(gòu)，其也是目前應(yīng)用最為廣泛的橋型之一；二是簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋其結(jié)構(gòu)特點對于頂升的要求比較高，對其頂升做充分的研究，可以觸類旁通，將此技術(shù)應(yīng)用于其他型式橋梁的頂升?？偟膩碚f，簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換正在逐年增多，有廣泛的市場前景。1.2 我國橋梁支座更換技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在問題1.2.1 我國橋梁支座更換技術(shù)研究現(xiàn)狀 在道路的改建和橋梁的養(yǎng)護(hù)中，支座的更換改造是不可避免的。支座更換的方法很多，顧安邦教授主編的橋梁工程中提到的枕木滿布式支架法；譫潤水教授主編的公路舊橋加固技術(shù)與實例中闡述的橋面鋼導(dǎo)梁法；夏峰、趙席平在各自的支座更換工程中使用了鞍型支架法5；東北林業(yè)大學(xué)的于天來教授通過總結(jié)現(xiàn)有的各種施工方法后，提出了一種鋼扁擔(dān)梁法6，使得機(jī)具設(shè)備較傳統(tǒng)方法有較大減少；梁小光等人對超低高度氣囊式千斤頂在橋梁支座整體更換施工中的應(yīng)用做了可行性研究，介紹了其工作原理、施工工藝以及應(yīng)用前景7；隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，超薄千斤頂?shù)捻斏芰υ絹碓酱螅芽蓾M足上百噸重量的要求，崔洪峰、姚進(jìn)年等人通過某高速公路橋梁的施工實例，介紹了施工過程及質(zhì)量控制要點，為同類工程提供了參考；另外，由于目前大多數(shù)的橋梁都采用整體同步頂升法來更換支座，因此這方面的研究比較成熟，研究報告也較多。1.2.2 我國橋梁支座更換存在的問題隨著國內(nèi)橋梁頂升支座更換工程的增多，近幾年橋梁頂升支座更換水平有了很大提高，解決了實際工程中遇到的大量難題，積累了許多寶貴的設(shè)計與施工經(jīng)驗。目前的設(shè)計和施工主要依賴于經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)的、科學(xué)的理論依據(jù)，許多問題有待深入研究。具體表現(xiàn)在以下幾個方面： 對公路橋梁橡膠支座的失效判別缺乏相關(guān)的理論依據(jù)支座從開始產(chǎn)生病害，直到失效，是一個漸進(jìn)過程，如何判斷病害嚴(yán)重程度，在什么情況下需要維修或更換支座，公路行業(yè)沒有出臺相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 既沒有系統(tǒng)的橋梁頂升設(shè)計理論，也沒有成熟的專門設(shè)計和施工規(guī)范由于橋梁頂升支座更換是針對既有橋梁，其方案受到許多因素的影響，如橋梁結(jié)構(gòu)類型、跨度、截面形式、梁底凈空、橋下凈空、下部結(jié)構(gòu)形式、地基情況等，情況千差萬別，很難給出統(tǒng)一的設(shè)計理論和施工方法。編制規(guī)范尚需大量收集實際工程統(tǒng)計資料，開展系統(tǒng)研究，進(jìn)行現(xiàn)場試驗和測試等。 對橋梁本身力學(xué)行為分析不夠全面由于目前大多數(shù)的橋梁都采用整體同步頂升法來更換支座，造成了重視如何同步，輕視不同步對橋梁有多大影響的局面，然而對于多跨一聯(lián)的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋，如果整體同步勢必耗費巨大，逐墩頂升才是經(jīng)濟(jì)的選擇，這樣我們就必須關(guān)心橋梁本身力學(xué)行為，而現(xiàn)有的計算分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。1.3 課題的研究目的和意義目前，新建的公路橋梁幾乎全部選用橡膠支座。橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，可謂一座橋梁的咽喉所在，關(guān)系重大，一旦出現(xiàn)病害，將影響到上下部結(jié)構(gòu)的使用壽命和交通安全。特別是對于高速公路，橋梁橡膠支座的用量大，病害多，事故頻繁發(fā)生，成為橋梁工作者的一塊心病。引起橡膠支座的病害的最主要原因有： 橡膠支座的老化橡膠支座在使用過程中，由于受到內(nèi)外因素的綜合作用和影響，引起橡膠的組成、結(jié)構(gòu)的破壞，而出現(xiàn)老化龜裂現(xiàn)象，使其逐步失去原有的優(yōu)良性能，甚至喪失使用性能。橡膠老化是一種不可逆轉(zhuǎn)的過程，其實質(zhì)是橡膠支座的一個衰敗、消亡的過程。研究表明，橡膠支座在使用初期老化速度快，隨著時間增加，老化速度減緩，并趨于平穩(wěn)。另外，橡膠材料的老化與橡膠品種有關(guān)：氯丁橡膠的耐老化性能較好，耐低溫性能差；天然橡膠耐低溫性能好，而耐老化性能較差；對于三元乙丙膠材料，其耐老化耐低溫性能均較好，但與鋼板的粘結(jié)性能較差。隨著國內(nèi)外對使用中的橡膠支座惡化程度的調(diào)查研究，橡膠支座具有足夠的耐久性已被人們所認(rèn)識，盡管如此，橡膠老化仍是不可忽視的支座病害。1994-1995年我國鐵道部科研院對京包鐵路上使用了16、19和22年的天然板式橡膠支座做了力學(xué)性能和解剖檢驗，結(jié)果顯示支座抗壓和抗剪彈性模量分別增加20%左右，支座表面老化深度約5mm。1978年，日本對使用了17年的氯丁膠板式支座進(jìn)行了性能試驗，結(jié)果表明，支座橡膠的拉伸強(qiáng)度下降了15%，伸長率下降了17%。據(jù)調(diào)查，我國許多橋梁的橡膠支座老化普遍存在，如廣東省惠州市水門橋引橋的橡膠支座大部分已經(jīng)老化，難以滿足使用要求而被迫廢棄。 橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量橡膠支座本身的質(zhì)量是影響使用壽命的基本因素。從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)定點廠生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量合格率相對較高，而其他廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，有些初始變形就過大，鋪設(shè)初期即出現(xiàn)裂紋；用再生膠制造的支座，現(xiàn)在大部分病害嚴(yán)重，已到了必須更換的地步。此外，大多數(shù)支座內(nèi)鋼板位置不夠準(zhǔn)確，造成橡膠保護(hù)層厚度不均勻，裂紋比較嚴(yán)重，加速了鋼板的銹蝕和脫膠。因此如何在制造工藝上，保證鋼板位置和必要的保護(hù)層厚度是非常關(guān)鍵的問題，因為橡膠老化，從表面開始向內(nèi)部發(fā)展，是由快向慢過渡的，保證保護(hù)層的厚度，對延長支座使用壽命是非常有力的保證。京滬高速公路江蘇段新沂河大橋使用的球冠板式橡膠支座，僅一年多就有3/4支座損壞；2002年6月江蘇省高速公路指揮部根據(jù)本省已出現(xiàn)的重大支座事故教訓(xùn)，組織專家對全省在建高速公路尚未使用的板式橡膠支座突擊抽查，僅解剖一項就發(fā)現(xiàn)橡膠層厚度、鋼板的規(guī)格等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)有近50%不合格；京滬高速公路廣東段某大橋使用球冠扳式橡膠支座剛安裝就開裂；青島某大橋使用的盆式支座安裝后鋼盆焊縫開裂等等，不能保證安全使用。顯然以上事故不是橡膠老化引起，而是支座產(chǎn)品質(zhì)量低劣、不符合標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的破壞。 施工、養(yǎng)護(hù)管理不善橡膠支座安裝質(zhì)量是影響使用壽命的重要因素。施工安裝支座前，沒能做到對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢驗，使用了很多不合格產(chǎn)品；安裝時，支座位置不正確，與支撐墊石頂面和梁底密貼狀況、均勻接觸、均勻受力等技術(shù)問題沒能充分重視；再有，支座的安裝就位溫度控制不嚴(yán)格，致使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力；除此之外，當(dāng)有些橋架梁后支座發(fā)生很大的初始變形時，施工單位沒有采取有效的措施消除橡膠支座的初始變形。在使用過程中，養(yǎng)護(hù)部門沒有對橡膠支座進(jìn)行定期檢查，出現(xiàn)問題后沒有及時地采取措施予以維修、調(diào)整和更換，致使支座安裝后，出現(xiàn)滑動面夾雜塵埃、異物，因防水、排水裝置的缺陷向支座漏水、溢水、露油，此外還存在螺栓、螺母的松動和脫落等現(xiàn)象，由此加快了支座的損壞速度。 支座設(shè)計、選型及布置不合理支座的設(shè)計、選型及合理布置應(yīng)充分地考慮橋梁結(jié)構(gòu)形式及規(guī)模，應(yīng)充分地注意到主梁平、縱、橫端面的形狀，支座作用反力、移動和轉(zhuǎn)動的方向，以及固定和可滑動支座位置的確定等。如果支座在設(shè)計、選型及布置上不合理，那么將會使支座受力不合理，導(dǎo)致支座產(chǎn)生永久變形、壓潰、失效的現(xiàn)象。福建省某高速公路大橋使用的板式橡膠支座，通車后2年多，有40多處損壞。據(jù)初步調(diào)查認(rèn)為損壞的原因是：不屬于產(chǎn)品質(zhì)量引起，而是由于連續(xù)T形梁的固定支座和彎橋部分的活動支座選用不當(dāng)和支座設(shè)計、布置以及構(gòu)造處理不合理等所致。因此橡膠支座的合理選用與布置是保證橡膠支座安全使用的最重要環(huán)節(jié)，不可忽視。 其他原因影響橡膠支座使用壽命的原因很多，除了上述因素以外，橋墩的不均勻沉降、傾斜、水平變位和上部結(jié)構(gòu)位移等都是影響橡膠支座使用壽命的重要因素。重新評價目前支座的設(shè)計和施工方法，總結(jié)理論和實踐經(jīng)驗，發(fā)展支座安裝標(biāo)準(zhǔn)化，具有重大意義。正如上面所說由于橡膠支座的病害相當(dāng)普遍，其形成原因也多種多樣。對已建成的橋梁來說唯一有效的解決途徑就是重新布置更換支座，我們可以預(yù)見不久的將來簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋用橡膠支座將會呈現(xiàn)大批更換的局面，這與目前國內(nèi)這一領(lǐng)域理論研究空白形成了矛盾，本文就是從這一矛盾著手，通過深入研究，逐步解決簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座安裝及更換過程中關(guān)于橡膠支座的安裝、失效判別、梁體頂升過程中梁體的受力分析、梁體頂升施工的具體實施問題。1.4 本文的主要研究內(nèi)容由前面幾節(jié)對國內(nèi)外支座更換的現(xiàn)狀研究可以發(fā)現(xiàn)，目前支座更換主要針對簡支梁橋，且都采用整體同步頂升的概念，己有的文獻(xiàn)更多的側(cè)重于介紹施工方法和施工經(jīng)驗及體會，而缺乏相應(yīng)的梁體力學(xué)分析與研究，當(dāng)然這跟簡支梁整體同步頂升不無關(guān)系。對于多跨一聯(lián)的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換實際工程還未見報導(dǎo)，因此解決簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換問題十分必要，概括起來主要有以下幾個問題： 公路橋梁板式橡膠支座的施工安裝問題； 公路橋梁板式橡膠支座的失效判別問題； 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋“余弦逐波頂升”過程中的梁體力學(xué)行為分析問題； 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋支座更換、梁體頂升的施工步驟問題。本文針對云南省水麻高速公路420m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的支座安裝、更換問題，在云南省交通廳科技項目子課題的資助下，對支座安裝、支座失效判別及“余弦逐波頂升”頂升過程中的梁體力學(xué)行為進(jìn)行深入分析，本文的主要工作闡述如下： 闡述課題的研究背景和意義，綜述了國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和存在問題，并提出了本文主要研究內(nèi)容(第一章)； 結(jié)合云南省水麻高速公路簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的支座安裝施工，提出了公路橋梁普通板式橡膠支座及四氟滑板式橡膠支座的施工安裝流程（第二章）； 結(jié)合公路橋梁板式橡膠支座失效的常見表觀形式，分析了板式橡膠支座失效的主要原因，提出了公路橋梁板式橡膠支座失效判別標(biāo)準(zhǔn)（第三章）； 以云南省水麻高速公路420m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋為原型，通過建立ANSYS有限元模型，詳細(xì)分析了“余弦逐波頂升”過程中的梁體力學(xué)行為，并進(jìn)行了梁體頂升模型試驗，提出了云南省水麻高速公路420m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋在梁體頂升時的頂升限值（第四、五章）； 系統(tǒng)闡述了在進(jìn)行公路橋梁板式橡膠支座更換時的施工步驟（第六章）。第二章 公路橋梁板式橡膠支座安裝技術(shù)研究31第二章 公路橋梁板式橡膠支座安裝技術(shù)研究2.1 引言本章以云南省水麻高速公路橋梁板式橡膠支座的安裝施工為依據(jù)，總結(jié)了板式橡膠支座在安裝施工中集中出現(xiàn)的各種問題，同時按照相關(guān)規(guī)范的要求，給出了板式橡膠支座的正確的安裝方法，指明了在支座安裝過程中需要重點關(guān)注的各種操作細(xì)節(jié)，對今后同類型支座的安裝施工具有重要的指導(dǎo)意義。2.2 板式橡膠支座安裝施工的常見問題及相應(yīng)解決方案對云南省水麻高速公路橋梁支座安裝情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前橋梁板式橡膠支座安裝中和安裝后存在以下一些問題：2.2.1 預(yù)制梁底的相關(guān)問題及相應(yīng)的解決方案預(yù)制梁底的相關(guān)問題主要表現(xiàn)在三個方面： 預(yù)制T梁梁底支座處的模板施工不規(guī)范該問題主要表現(xiàn)為：梁底支座處的模板應(yīng)用較為混亂。有些預(yù)制場采用竹膠板為梁靴底面模板，平整度不易保證；有些預(yù)制場采用的鋼板平整度極差、鋼板本身已經(jīng)有很大的彎曲，鋼板下面隨便墊些木塊、磚頭，不穩(wěn)定，施工極不規(guī)范（如圖2.1）。諸多原因?qū)е铝貉ヮA(yù)制不精確、存在傾斜度，引起支座安裝后的偏壓、單側(cè)脫空現(xiàn)象。圖2.1 梁底鋼模板本身彎曲Fig2.1 Steel template under the beam bending itself解決方案：梁靴底面必須采用具有足夠剛度的鋼模板，并且必須保證鋼模板有較高的平整度，不得采用彎曲變形的鋼板。采取措施保證模板下支承的穩(wěn)定性，不移位、不偏轉(zhuǎn)。立模時必須保證模板的橫向平整度及梁靴縱向設(shè)計角度。由于梁靴不平引起的脫空支座，必須將梁體吊起重新安裝，用環(huán)氧砂漿找平梁靴位置。 預(yù)埋的四氟板式橡膠支座上鋼板施工不規(guī)范該問題主要表現(xiàn)在兩個方面：1）鋼板厚度不足，或者使用薄鐵片代替不銹鋼鋼板，不銹鋼鋼板未卡在上鋼板中，而是采取焊接的方式。有的不銹鋼鋼板已經(jīng)銹蝕。四氟板式橡膠支座上鋼板、不銹鋼板不配套（如圖2.2），不符合規(guī)范及設(shè)計要求。圖2.2 四氟板式橡膠支座上鋼板施工不規(guī)范Fig2.2 the construction of the steel plate incompetent解決方案：購置由支座生產(chǎn)廠家加工的、與四氟滑板支座相配套的上鋼板及不銹鋼板。如果不使用支座廠家的配套產(chǎn)品，不得在施工現(xiàn)場隨意自己加工，必須找大廠加工、制作，鋼板、不銹鋼板必須經(jīng)過檢驗合格，檢測指標(biāo)符合規(guī)范要求，制作必須符合設(shè)計、公路橋梁板式橡膠支座（JT/T42004）相關(guān)條款要求方可使用。嚴(yán)禁用普通鐵片代替不銹鋼鋼板。2）沒有預(yù)埋上鋼板（如圖2.3），這樣必然導(dǎo)致梁靴底面混凝土與四氟滑板直接接觸。圖2.3 預(yù)制梁底沒有預(yù)埋四氟板式橡膠支座上鋼板Fig2.3 no steel plate on the tetrafluoroethylene rubber bearing解決方案：首先將梁體吊起或頂起，鑿除梁底混凝土，預(yù)埋四氟板支座上鋼板（最好與鋼筋焊接，并用環(huán)氧樹脂砂漿粘貼），裝好不銹鋼鋼板，最后落梁。如果是預(yù)埋的上鋼板和不銹鋼板在澆筑混凝土?xí)r被包裹在混凝土內(nèi)，必須將包裹的混凝土層小心鑿除，不得劃傷不銹鋼板，將不銹鋼板清潔后，再落梁。 梁端支座處下表面不平時的處理方式不規(guī)范該問題主要表現(xiàn)在兩個方面：1）用水泥干灰、水泥砂漿找平梁底與普通板式橡膠支座頂面脫空處。甚至用水泥干灰、水泥砂漿找平四氟板式橡膠支座頂面與梁底的現(xiàn)象（如圖2.4，）。圖2.4 梁靴用水泥砂漿找平Fig2.4 cement mortar level the beam boots解決方案：梁底偏差過大時必須鑿除梁底表面混凝土，重新澆筑高標(biāo)號混凝土或環(huán)氧砂漿。2）采取塞鋼板的方法處理四氟滑板支座與梁底的脫空。解決方案：四氟板橡膠支座頂面與梁靴脫空時不可在脫空處塞鋼板，阻礙滑板滑動。普通板式橡膠支座頂面與梁底脫空采用塞鋼板的辦法，只適用于小跨徑橋梁。梁底的清潔問題該問題主要表現(xiàn)為：梁底上的砂礫、浮漿等雜物在起吊后安裝前沒有清除，四氟滑板與鋼板之間有很多水泥砂漿（如圖2.5），增加了支座摩擦力。圖2.5 支座上布滿水泥砂漿Fig2.5 bearing studded with cement mortar解決方案：將梁體吊起后，落梁之前，必須對梁底進(jìn)行清潔，特別是四氟板支座上鋼板的清潔尤為重要，四氟滑板支座表面和不銹鋼板表面應(yīng)用水清洗干凈、風(fēng)干后，再用丙酮或酒精擦洗干凈。2.2.2 支座墊石的相關(guān)問題及相應(yīng)解決方案支座墊石的相關(guān)問題主要表現(xiàn)在六個方面： 支座墊石的施工質(zhì)量不合格該問題主要表現(xiàn)為：墊石頂面平整度不夠、質(zhì)量不過關(guān)、幾何尺寸偏差大，位置偏離不正確，安裝支座后墊石中心線與梁底中線偏離。個別墊石受到撞擊、局部被破壞（如圖2.6）。圖2.6 支座墊石施工質(zhì)量不合格Fig2.6 construction of the bearing padstone unqualified解決方案：預(yù)埋支座墊石內(nèi)鋼筋網(wǎng)，防止墊石位置偏差，采取措施保護(hù)墊石不受破壞。受到破壞者，破壞面積小者可用環(huán)氧砂漿修復(fù)，破壞面積大者，必須鑿除墊石，重新澆筑高標(biāo)號混凝土，用砂漿找平墊石頂面，嚴(yán)格控制墊石幾何尺寸，準(zhǔn)確放線支座墊石位置。 支座安裝時，墊石頂面不畫線，不認(rèn)真定位支座中心、梁體設(shè)計位置，支座偏位、梁體偏位，引起支座偏壓（如圖2.7）。圖2.7 支座墊石頂面不劃線Fig2.7 no marking on the bearing padstone解決方案：安放支座時，必須在墊石頂面畫線定出支座及梁體的位置，便于落梁時的控制。 在安裝完支座后未對墊石頂面的雜物進(jìn)行處理、清潔，墊石上、支座上臟雜物多。解決方案：在支座安裝完畢后，必須對支座周圍、墊石頂面、支座體上的臟物、雜物進(jìn)行清潔，保證支座不受到侵蝕，這是支座安放就位后一項重要的工作。 在支座下墊水泥干灰的方法來找平墊石頂面（如圖2.8）。圖2.8 墊石頂面用水泥干灰找平Fig2.8 cement ash level th