（道路与铁道工程专业论文）桥梁支座合理布置与更换技术的研究.pdf

摘要 摘要 桥梁支座是桥梁结构的重要组成部分，但由于它在桥梁工程造价中所占比例很小， 因而往往未引起足够的重视，导致桥梁支座在使用过程中出现各种病害，特别是坡桥、 弯桥的支座破损现象特别严重，支座失效及粱体滑移现象屡有发生，致使桥梁结构的实 际受力情况与计算理论的图示不符，影响了桥梁的正常使用。因而正确选择支座类型， 合理布置支座，从而延长支座的使用年限，是十分必要的。对于当前大量破损的旧桥支 座如何进行快速更换，更是一个急需解决的问题。 本文在综述桥梁支座合理布置及旧桥支座更换方法基础上，以尚志公铁立交桥支座 更换工程为例，对其产生梁体滑移的原因进行了深入分析，并在分析成因的基础上，对 该桥支座的合理布置方案进行了研究；重点研究了钢扁担梁法更换支座的原理，并针对 尚志公铁立交桥支座的重新设计方案，设计了钢扁担梁法更换该桥支座的支座更换施工 系统，拟定合理的施工工艺及保证梁体均匀上升的技术控制措施；对该法的经济造价进 行了分析；总结了钢扁担梁更换支座的关键技术措施。通过研究和工程实例的总结分析 认为：钢扁担梁法是在不中断桥下交通条件下，更换支座的合理方法，具有很好的经济 效益和社会效益；原设计梁体下滑的原因是支座布置不合理，固定支座设置较少，本文 拟定的第五种修复方案是合理的支座布置方案；本文以集成刚度法的理论为基础，采用 m a t l a b 语言编制桥面连续的水平力分配程序，能计算桥面连续结构橡胶支座纵向受 力，具有足够的精度，可在设计中使用。 关键词：旧桥；支座更换： 合理布置；钢扁担梁法；m a t l a b a b s t r a c t a l t h o u g hb r i d g eb e a r i n g sf o r mas m a l lp r o p o r t i o no f c o s ti nab r 。i d g ep r o j e c t ，w h i c ho f t e nn o t e n o u g ha t t e n t i o nh a v eb e i n gp a i do n b e a r i n g sa r es i g n i f i c a n tc o m p o n e n t o fab r i d g e t h e r e a r ea 1 1k i n d so fd a m a g e so nt h eu s es t a g e ，s u c ha sb e a r i n g si n v a l i d a t i o n ，b e a m ss k i d d i n ga n d b e a r i n g sb r e a k a g e t h e s ep h e n o m e n o n a r eq u i t es e v e r ef o ri n c l i n e db r i d g e sa n dc u r v e db r i d g e s t h e s er e s u l t st h el o a d i n gd i f f e r e n c eb e t w e e nt h e o r ya n dp r a c t i c e ，t h e na f f e c tt h eu s e o fab r i d g e s oi ti sn e c e s s a r yt oc h o s et h es t y l eo fb e a r i n g s ，t ol a y o u tt h e mr e a s o n a b l yt oe x t e n dt h el i v eo f w h i c h m o r e o v e r ，w i t hag r e a tn u m b e ro fo l db r i d g eb e a r i n g st or e p l a c e ，t h i sp r o b l e mn e e d s t o b es o l v e du r g e n t l y 、 t h i sp a p e rg i v e sas u m m a r yo fm e t h o d so fb r i d g eb e a r i n g sa r r a n g e m e n ta n dr e p l a c e m e n t a n da d e e p l ya n a l y s i so ft h er e a s o n sw h y r e s u l tt h eb e a m ss k i d d i n go nt h eb a s i so ft h es h a n gz h i h i g h w a y r a i l w a yc r o s s i n gb e a r i n g sr e p l a c e m e n tp r o j e c t t h e nr e s e a r c h e s o nm a n ys u p p o s e d c a s e st od e t e r m i n ew h i c hi sm o r er e a s o n a b l e t h i sp a p e rp a y sm o r ea t t i o no nt h ep r i n c i p l eo f s t e e lc a r r y i n gp o l eb e a r i n gr e p l a c e m e n tm e t h o da n db yw h i c ht h ep r o g r a mi sr e d e s i g n e d a b e a r i n g sr e p l a c e m e n tc o n s t r u c t i o ns y s t e m i s d e s i g n e dt o o ，b y w h i c hw ec a nw o r ko u t r e a s o n a b l ec o n s t r u c t i o nt e c h o n o l o g y i e st oe n s u r et h eb e a m sc o n s i s t e n tl i f t i n g u p t h i sp a p e r a l s oa n a l y z e st h ec o s ta n dk e yt e c h n o l o g i c a lm e a s u r e sf o rs t e e lc a r r y i n gp o l em e t h o d f r o mt h e r e s e a r c h e sa n da n a l y s i so ft h ep r o j e c t ，w ec a nc o n c l u d et h a t s t e e lc a r r y i n gp o l em e t h o di sa r e a s o n a b l em e t h o df o rb e a r i n g sr e p l a c e m e n tw i t h o u tt h ei n t e r r u p t i o no ft r a n p o r t a t i o n i th a sa b e t t e rs o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s t h eo r i g i n a ld e s i g nr e s u l t si n t h es k i d d i n go fb e a m s ， s e v e r a lf a c t o r sc o n t r i b u t et ot h i sp r o b l e m ，l i k et h ei r r a t i o n a ll a y o u to fb e a r i n g s ，f i x e db e a r i n g s a r en o te n o u g he t c t h ef i f t hr e p a i r i n gp r o g r a mi st h em o r er e a s o n a b l eo n e t h i sp a p e ra p p ly m a t l a bl a n g u a g et op r o g r a mal a t e r a lf o r c ed i s t r i b u t i o np r o g r a mo fc o n t i n u eb e a mb r i d g eo n t h eb a s i so fi n t e g r a t e ds t i f f n e s sm e t h o d t h i sp r o g r a mc a nd e t e r m i n et h el o n g i t u d i n a ll o a d i n g a c to nt h er u b b e rb e a r i n g s i ti sr e l i a b l ea n dp r e c i s et os o m ee x t e n ta n dc a nb ea d o p t e di n d e s i g np r o c e s s k e y w o r d s ：o l db r i d g e ；b e a r i n gr e p l a c e m e n t ；r e a s o n a b l el a y o u t ；s t e e lc a r r y i n g p o l e m e t h o d ；m a t l a b l 绪论 1 1 问题的提出 1 绪论 1 1 1 橡胶支座的使用现状 2 0 世纪5 0 年代，国外在桥梁上开始应用橡胶支座，橡胶支座与金属刚性支座相 比，具有构造简单、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等一系列优点，在桥梁 工程中获得广泛应用，尤其在公路上应用为更广泛。实践证明，橡胶支座具有显著的隔 震和减震效果，在刹车力作用下有明显的适应剪切变形的能力。我国自1 9 6 4 年首次使 用板式橡胶支座n 一们以来，在2 0 世纪7 0 年代末相继研制成四氟板式橡胶支座和盐式橡 胶支座，在2 0 世纪8 0 年代末研制成球型支座。近2 0 年来，随着国民经济的发展，交 通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，许多橡胶支座出现了一系列问 题，危及桥梁的正常运行哺引。 目前橡胶支座的病害相当普遍。经调查黑龙江省截止至2 0 0 3 年底拥有桥梁 2 9 9 0 6 5 m 9 3 4 7 座，其中永久性桥2 8 7 2 8 7 m 8 6 2 0 座，使用橡胶支座所占比重为6 0 。发 现支座病害较多，占橡胶支座比重的3 5 ，情况大体表现为：支座承压不均匀，支座座 板扭曲断裂，焊缝开裂，支座位移大于容许偏差，支座产生永久变形，固定栓销切断， 支座老化等。依照公路养护技术规范的标准，这些情况大部分都需要更换支座来弥补缺 陷。铁路部门对1 9 7 0 1 9 9 4 年在北京铁路局铺设的板式橡胶支座的使用状况开展了抽 样调查工作刊1 。共调查了8 4 9 孔4 7 9 2 块支座，占板式橡胶支座总数的7 0 6 。调查中 发现，一些支座出现了裂纹、外鼓和压溃现象。裂纹主要是橡胶老化造成的，外鼓是由 于支座内钢板出现局部脱胶引起的；对压溃的共计8 1 2 0 块板式橡胶支座进行了调查， 发现有病害的支座1 1 2 块，占总数1 3 8 ，是由于支座内钢板严重脱胶，致使支座完全丧 失了使用功能。另外，铁路部门也对济南铁路局铺设，主要病害是橡胶不均匀外鼓、局 部支座脱空和水平裂纹。其中，较严重的有6 4 块，占总数的0 8 。 目前橡胶支座的病害程度惊人。如2 0 0 0 年京珠高速公路广东段有几座桥梁，大梁 刚吊装上去，大部分橡胶支座就已经开裂，不得不更换m 1 。2 0 0 1 年1 0 7 国道广东省清远 县新北河大桥上的橡胶支座刚使用了3 年多，就有大部分支座损坏，而不得不全部更 换。2 0 0 2 年，京沪高速公路江苏宿迁段新沂河大桥发生了严重的橡胶支座质量事故。该 桥1 9 9 9 年初施工安装，2 0 0 0 年上半年通车。2 0 0 1 年1 2 月发现桥面大梁在支座处下 陷，检查发现病害是因橡胶支座的破坏而引起，全面检查后发现全桥橡胶支座有损坏的 占3 4 。2 0 0 2 年3 月6 月用了3 个月的时间，在不中断交通的情况下全部更换，耗资 1 0 0 多万元。该桥支座仅用1 年半时问，寿命如此短暂，不能不引起重视。 此外，因橡胶支座引发的梁体滑移习 故也屡见不鲜。在城市立交桥、曲线梁桥以及 山区丘陵地带的简支多跨梁桥等，山1 。纵坡的存在，使一部分桥而重力转化为水平推力 l 绪论 怍用在柔性墩上。掘调查，许多梁桥没有处理好纵坡，发生了梁体滑移现象，不得已更 换支座，如勒竹高架桥空心板梁发生了桥面偏移下滑的事故。 从上述情况看，目前我国现有橡胶支座的完好率是很低的，破损程度较严重，许多 橡胶支座已经达到必须重新布置和更换的程度。 1 1 2 橡胶支座的破损原因 由于橡胶支座在桥梁上的广泛应用，需要量逐年增加，随着时间推移，不断反映 出支座在使用中的问题，究其原因- 。“ 也础1 主要有以下几个方面： ( 一) 桥梁橡胶支座的老化 橡胶支座在正常使用过程中，由于受到内外因素的综合作用和影响，引起橡胶的组 成、结构的破坏，而出现老化龟裂现象，使其逐步失去原有的优良性能，甚至丧失使用 性能。橡胶老化是一种不可逆转的过程，其实质是橡胶支座的一个衰败、消亡的过程。 据研究表明，橡胶支座在使用初期老化速度快，随着时间增加，老化速度减缓，并趋于 平稳口l 3 8 1 。另外，橡胶材料的老化与橡胶品种有关：氯丁胶的耐老化性能较好，耐低温 性能差；天然橡胶耐低温性能好，而耐老化性能差：对于三元乙丙胶材料，其耐老化耐 低温性能均比较好，但与钢板的粘结性能较差。 随着国内外对使用中的橡胶支座恶化程度的调查研究，橡胶支座具有足够的耐久性 已被人们所认识，尽管如此，橡胶老化仍是不可忽视的支座病害。1 9 9 4 一1 9 9 5 年我国铁 道部科研院对京包铁路上使用了1 6 、1 9 和2 2 年的天然橡胶板式支座做了力学性能和解 剖检验，检测结果是支座抗压和抗剪弹性模量分别增加2 0 左右，支座表面老化深度约 5 n 1 l 。1 9 7 8 年，日本对使用了1 7 年的氯丁胶板式支座进行了性能试验，结果表明，支 座橡胶的拉伸强度下降了1 5 ，伸长率下降了1 7 。据调查，我国许多桥梁的橡胶支座 老化普遍存在，如广东省惠州市水门桥引桥的橡胶支座大部分已经老化，难以满足使用 要求而被迫废弃。 ( 二) 橡胶支座产品质量 橡胶支座本身的质量是影响使用寿命的基础因素。从调查中发现定点厂生产的产 品质量相对比较稳定，而有些厂生产的产品，初始变形就过大，铺设初期即发现裂 纹；用再生胶制造的支座，现在大部分病害严重，已到了必须更换的程度。此外，大 多数支座内钢板位置不够准确，造成有的边保护层减小，裂纹比较严重，加速造成钢 板锈蚀和脱胶。因而如何在制造工艺上，保证钢板位置和一定的保护层是非常关键的 问题，因为橡胶的老化，从表面丌始向内发展，是由快向慢过渡的，保证保护层的厚 度，对延长支座使用寿命是非常有力的保证。 京沪高速公路江苏段新沂河大桥使用的球冠板式橡胶支座，仅一年多就有3 4 支座 损坏；2 0 0 2 年6 月江苏省高速公路指挥部根据本省已出现的重大支座事故教训，组织专 家对全省在建高速公路尚未使用的板式橡胶支座突击抽查，仅解剖一项就发现橡胶层厚 度、钢板的舰格等产品标准规定指栩i 仃近5 0 不合格；京珠高速公路广东段某大桥使j ：f i j 1 绪论 的球冠板式支座刚安装就开裂；青岛市某大桥使用的笳式支座安装后钢笳焊缝丌裂等 等，不能保证安全使用。显然以上事故不是橡胶老化引起，而是支座产品质量低劣、不 符合标准导致破坏。 ( 三) 施工、养护管理不善 橡胶支座安装质量是影响使用寿命的重要因素。施工安装支座前，没能做到对产品 的质量进行检验，使用了很多不合格产品；安装时，支座位置不正确，与支承垫石顶面 和梁底密贴状况、均匀接触、均匀受力等技术问题没能充分重视；再有，支座的安装就 位温度控制不严格，致使桥梁结构产生附加应力；除此之外，当有些桥架梁后支座发生 很大的初始变形时，施工单位没有采取有效的措施消除橡胶支座的初始变形。 在使用过程中，养护部门没有随时对橡胶支座进行定期检查，及时地采取措施予以 维修、调整和更换。致使支座安装后，出现滑动面夹杂尘埃、异物，因防水、排水装置 的缺陷向支座漏水、溢水、露油，此外还存在螺栓、螺母的松动和脱落等现象，由此加 快了支座的损坏速度，“养护不当”可以说是为大桥的支座病害雪上加霜。 ( 四) 支座设计、选型及布置不合理 支座的设计、选型及合理布置应充分地考虑到桥梁结构形式或规模，应充分地注意 到主梁平、纵、横端面的形状，支座作用反力、移动和转动的方向，以及固定和可滑动 支座位置的确定n9 5 7 8 | 。如果支座在设计、选型及布置上不合理，那么将会使支座受力 不合理，导致支座产生永久变形，压溃、失效的现象。 福建省某高速公路大桥使用的板式橡胶支座，通车后2 年多，有4 0 多处损坏。据 初步调查认为损坏的原因是：不属于产品质量引起，而是由于连续t 形梁的固定支座和 弯桥部分的活动支座选用不当和支座设计、布置以及构造处理不合理等所致。因此橡胶 支座的合理选用与布置是保证橡胶安全使用的最重要环节，不可忽视。 ( 五) 其它原因 影响橡胶支座使用寿命的原因很多，除了上述因素以外，桥墩的不均匀沉降、倾 斜，水平变位和上部结构位移等都是影n 向橡胶支座使用寿命的重要因素。川。 全面比较橡胶支座的破损原因，可以看出在设计中，支座选型不合理，支座布置不 合理等设计因素是一个特别重要的因素，如目前弯、坡桥上的支座破损现象特别突出， 其中的一个重要因素就是支座布置不合理、支座选型不当。 1 1 3 桥梁支座更换技术的现状 在道路的改建和桥梁的养护中，支座的更换改造是不可不避免的。支座更换的方法 多种多样，常见的主要有枕木满布式支架法n 引、整体顶升法。3 们、“鞍型支座”法。 3 引、 桥面钢导梁法拉。这些方法有的完全中断交通，有的需用设嵛量很大，有的施工二 艺复 杂。恼i ，同时受到河床地质、水深和各利- 自然环境的限制，致使其费用过高。因此，对于 当前大量破损的旧桥支座如何进行更快迷、更经济、更实用的更换，是一个急需 i ) f 究的 问题。本文将研究一种较新颖，且熊有大量优点的钢扁担梁法。 l 绪论 1 2 目的和意义 我国使用橡胶支座已有3 0 多年的历史，许多七、八十年代建筑的桥梁，其橡胶支 座的使用寿命已尽，急需更换。八十年代以后修建的桥梁支座也陆续出现破损，逐渐进 入维修期。近十年来，新建的桥梁由于橡胶支座自身的质量和安装、养护不好等因素， 以及支座选型、布置不合理等设计原因，支座破损现象亦屡见不鲜。因此，我国目前有 大量的桥梁支座需要更换。从而如何在不中断交通的条件下，以较低的成本，快速实现 旧有桥梁支座的更换；从设计的角度，如何正确选择支座类型、合理布置支座，以延长 其使用年限，这两大问题成为桥梁工作者应该充分重视的问题。 1 3 本文研究的主要内容 桥梁支座是桥梁结构的一个重要组成部分。特别是坡桥、弯桥的支座产生永久性变 形，支座失效后，如何采用方案可行、经济有效的更换桥梁支座技术方法，使桥梁发挥 正常功效是一个急需研究的课题。本文在导师的指导下，结合工程实例，对黑龙江省首 次旧桥全部支座的更换方法进行研究。主要研究内容有： ( 1 ) 橡胶支座的合理布置与选型： ( 2 ) 利用桥面连续结构水平力的计算理论，编制了相应的刚度集成法计算水平力的 程序： ( 3 ) 分析了尚志公铁立交桥下滑的原因； ( 4 ) 对桥面连续方案和支座布置方案进行拟定和计算分析； ( 5 ) 设计钢扁担梁法换算支座的支座更换系统和施工程序，提出控制梁体均匀整体 上升的关键控制措施； ( 6 ) 对钢扁担梁法的施工工艺和技术措施进行总结，并对钢扁担梁更换支座的经济 和社会效益进行分析。 2 桥梁支座合理布嚣的丛本耻论 2 桥梁支座合理布置的基本理论 2 1 桥梁支座的选型 板式橡胶支座分为普通板式橡胶支座和四氟滑板式橡胶支座。普通板式橡胶支座具 有比较高的摩擦系数而被引用来作桥梁的固定支座，它分为矩形板式橡胶支座( 代号 g j z ) 、圆形板式橡胶支座( 代号g y z ) ，四氟滑板式橡胶支座具有极低的摩擦系数而被引 用来作桥梁的活动支座，它分为矩形四氟滑板橡胶支座( 代号g j z f 4 ) 、圆形四氟滑板橡 胶支座( 代号g y z f 4 ) 。随着桥梁结构体系的发展，板式橡胶支座的结构型式也相应得以 发展，出现了球冠圆板式橡胶支座、坡型板式橡胶支座等。 板式橡胶支座选型时，要针对桥梁跨径、支座反力，支座允许转角与位移不同，橡 胶选用的材料不同，支座是否满足防震、减震要求等，合理地选用。 2 2 桥梁支座布置原则 橡胶支座在布置时要考虑以下的基本原则n 2 1 ： 上部结构是空间结构时，支座应能同时适应桥梁顺桥向( x 方向) 和横桥向( y 方 向) 的变形，使梁体变形所产生的位移和转角不受约束； 固定支座宜设置在具有较大支座反力的地方，支座必须能可靠地传递垂直和7 j c s f 反 力，支座有利于墩台传递纵向水平力； 对于处在地震地区的梁桥，其支座构造尚应考虑桥梁防震和减震的设施。 2 2 1 简支梁桥支座布置原则 简支梁桥一端设置固定支座，另一旦- - 而l j l 设置活动支座。铁路桥由于桥宽较小，支座横 向变位很小，一般只设置单向活动支座( 纵向活动支座) ，如图2 - 1 所示。公路桥梁由 于桥面宽，因而要考虑支座横桥向位移的可能性，支座布置如图2 2 所示。即在固定墩 上设置一个固定支座，相邻的支座设置为横向可动、纵向固定的单向活动支座，而在活 动墩上设置一个纵向活动支座( 与固定支座相应) ，其余均设置多向活动支座。 图2 1 铁路简支梁桥支廊布置幽2 - 2 公踏潲支粱桥支座布拦l n2 - 3 简支箱型梁桥支縻夼越 箱梁截面的简支梁桥在固定墩上设筒固定支座f i ：1 - - 个横向活动支座，在活动墩上i 5 ：2 簧一个纵向活动支座和一个多向活动支座，以适应箱梁的纵、横向变形，如图2 3 。 2 侨粱史座合理布罱的批奉理论 对于多跨的简支梁桥，相邻两跨简支梁的普通板式橡胶支座，不宜布置在一个桥墩 上，但若个别桥墩较高，为了减小水平力的作用，可在其上布置相邻两跨的活动支座。 2 2 2 坡、弯、斜桥支座布置原则 坡桥的支座放置根据纵坡f 而定，当i 、 1 时可将支座倾斜放置；当l i 3 时，支座应水平放置，主梁底面 的钢垫板应做成楔形，如图2 4 。坡桥固定支座一般设在下坡方向的桥( 墩) 台上。“旧1 。 室皇窜 a ) f 1 b ) 1 矬标= 各排植的 疑数= 各排桩的倾角= 剖 阿m 旷根 旷度 各排桩的入土深度2 _ 百_ 丽一m 各排桩的桩间净距= 厅_ _ r m 篓磊至鎏霉字p 两广一k n i n 疆矧土叠三j 篁。 蓬嫠墓囊冀寥囊趵广一洲打 鞲艇：_ ：匿磐。i 到到型到 图2 1 9 多排桩数据对话框 二、数据输出的后处理 本程序的后处理做了一些简单的工作，主要是针对输出变量控制的，输出变量主要 有墩顶的集成刚度、支座受力情况以及墩顶受力情况等。钳对输出变量的特点，做了如 下几方面的考虑： ( 一1 、图形输出 在输入数据并执行分析以后，在程序主界面将显示出所要计算的桥面连续的立体图 形，用户可在图7 髟区域用鼠标右击各墩顶查看墩顶的刚度以及墩顶的受力情况。图2 2 0 示出了以鼠标右键按一下选择的墩项，将打丌一个浮动菜单，此菜单包括两个菜单项。 用鼠标单击所选择的桥墩性质后，即可出现一个显示墩顶刚度的列表框，见图2 2 1 ，同 理单击墩顶受力菜单后，即可出现墩顶与支座受力情况的列表框，见图2 2 2 所示。 20 冬l2 - 2 0i 杖 不，f 汀h 墩巧j 后f i j l 圣j 形! 融示 u 沛糕豆墨酃臻谥蠹 到 侨l j 妻性质 l ，”一 一一i j 王量一 侨i j 受类型：联内部矫墩 一 矫i j | i 坐标：3 0m 支座类型：固定橡胶支座 i j 受项网4 度：2 3 9 2 2 8 9 4 k n ，m 支座同4 度：2 13 8 8 8 8 8 9 k n m 集成冈0 度：112 9 2 5 17 9 i ( n ，m 一 确认|取消i u 沛礁重曷互蜀嚣】：粥毛薹錾： 茎 敦项受力 瞄篮阮嚣妇- _ _ i ( 1 ) 制动力 ：+ 8 8 0 7 7k n一 ( 2 ) 温降、收缩、侩变：2 8 8 1 5 2 4k n ( 3 ) 温升影响力：1 0 4 7 8 2 7k n ( 1 ) + ( 2 ) t ：3 5 6 2 2 9 4k n 支座状态 ：不滑动 ( 1 ) + ( 3 )：1 7 2 8 5 9 7k n 支座状态：不滑动 - _ 1 确认 i 取消 i 图2 2 1 桥墩性质的列表显示图2 - 2 2墩顶受力的列表显示 ( 二) 、列表输出 计算结果的列表输出是将结果以电子表格形式显现出来，它将输出所有墩顶的计算 数据，直观、简洁明了，便于用户对数据进行后处理，并由此来合理地调整和布置支 座。如图2 2 3 所示，显示了所有墩项的计算输出数据。 翻e 萄驾e ww e bw i n d o , , v h e b 刿 菸屯鬯| n u n q e r 胁r r n 孔臣 is 啦：厂b y 厂_ l23456789 l矫均娉矫i 曩类型矫墩坐标支座类型墩顶尉度支座刚度集成剐度( 1 ) 常鳓力( 2 ) 温降、 2，单位 1 0 mi ，i ik n m翻强 3l # 联端部矫台0滑动支座目4 度无穷大1 0 6 9 4 4 4 4 41 0 6 9 4 4 4 4 40 1 5 l5 9 4 2 霉联内部侨墩3 0 固定支座2 3 9 挖8 9 42 1 3 8 8 8 鹤91 1 2 9 2 s l t 90 7 7 2 8 8 1 5 2 4 5 3 霉 联内部矫墩6 0固定支座1 8 7 9 i b i i2 1 3 8 9l o s 1 8 9 96 0 3 1 6 39 0 2 1 7 9 64 # 联内部矫j j 受9 0固定支座1 8 7 8 0 i l2 1 3 8 8 8 91 0 0 0 5 1 8 9 96 0 3 1 6 3 - 7 4 8 6 7 7 75 # 联内部娇墩1 2 0固定支座3 0 9 9 1 2 8 1 82 1 3 8 8 8 8 8 9 | 1 2 6 5 4 9 6 2 27 6 2 9 0 5 3 0 3 5 0 2 6 8 6 壮 联端部矫台 l s 0 滑动支座雕度无穷大1 0 6 9 4 4 4 4 41 0 6 9 4 4 4 4 40 一l s i 5 9 4 i l 图2 2 3 计算结果的输出列表 2 4 1 5 程序的运行 为了保证程序获得最佳的运行及计算效果，建议在m a t l a b 环境下运行本程序。 由于程序设计采用了可视化界面及人机交互式输入计算数据，因而对于程序本身的运行 这里不再详述，操作时只要按照集成刚度的原理输入各项数据即可。 2 4 1 6 计算示例 算例：单排双柱柔性墩、计入基础变形时的纵向水平力分配。 一、计算资料。“ l 、上部结构5 孔3 0 m 连续桥而简支梁3 0 m 装配式预应力混凝： ：简支梁。0 号台 2 桥梁支座含耻布鼢的赫本理论 及5 号台为活动支座，其余各墩为板式橡胶支座。施工顺序为先简支梁安装，再桥面连 续。桥台上设橡胶伸缩缝，桥墩上设桥面连续。每跨横向设置5 片梁。 2 、桥梁宽度净宽1 0 2 5 m ，全宽1 1 2 5 m 。 3 、载重汽车一超2 0 级；挂车一1 2 0 。 4 、支座在墩顶每梁梁端设2 5 0 r a m 3 5 0 r a m 5 7 m m 板式橡胶支座一个；在台顶 每梁梁端设2 5 0 m m 3 5 0 m m 5 9 m m 四氟板活动支座一个。 5 、下部结构双柱式圆柱墩，直径1 5 m ；钻孔桩直径1 8 m ，长3 0 m 。墩柱与桩均 为2 5 号混凝土，i i 级钢筋。两柱中距6 1 0 r e 。 6 、气温当地月平均最高温度为3 5 ，月平均最低气温为0 。简支梁安装、桥面 连续、伸缩缝安装等施工温度为1 5 2 5 。 7 、桥梁立面及横截面布置如图2 2 4 所示。 ( a ) 立面 图2 2 4 桥型布置图( 单位：m ) | ：牢：幸：牢二 r l 厂叶 二、计算结果对比分析 墩顶与两排并联的支座串联，其水平力为两排支座的水平力，即计算水平力。因两 排支座完全相同，故每排( 5 个支座) 各承受墩顶一半的水平力。所有桥墩其排支座的 水平力列于表2 - 1 。 表2 1 一排支座水平力( k n ) 、 货号234 项目 文献3 1程序文献i程序文献3 1程序文献程序 ( 1 ) 收缩、徐变、温降1 4 4 0 8 7 1 4 4 0 7 64 5 1l4 5 1 0 8- 3 7 4 4 8 - 3 7 4 3 4一1 5 1 7 5一1 5 1 7 5 1 ( 2 ) 温升影响力 - 5 2 3 9 55 2 3 9 2- 1 6 4 0 4- 1 6 4 0 31 3 6 1 81 3 6 1 25 5 1 8 25 5 1 8 2 ( 3 ) 制动力3 3 9 9 43 4 0 3 83 0 1 2 03 0 1 5 83 0 1 2 03 0 1 5 83 8 0 8 73 8 1 4 5 ( 4 ) = ( 1 ) + ( 3 )1 7 8 0 8 11 7 8 1 1 57 5 2 37 5 2 6 7- 6 7 5 6 8 - 6 7 5 9 21 8 9 8 3 7- 1 8 9 8 9 7 ( 5 ) = ( 2 ) + ( 3 ) 一8 6 3 8 98 6 4 2 94 6 5 2 4- 4 6 5 6 24 3 7 3 84 3 7 7 19 3 2 6 99 3 3 2 7 咳算例的求解过程及理论解可参阅文献。“，从计算结果对比可以看出，本程序所求 得的内力结果与文献的结果基本一致，说明本程序的汁算精度符合要求，可以有效地解 决纵向水平力分配问题。 2f 乔梁史出! 合卫l ! n i f i ! n 0 ；：卜卫g 沦 2 4 2 桥面连续梁桥支座验算程序 在桥面连续梁桥中，温度力、制动力按刚度分配计算，最后将计算结果按力的叠加 原理，最不利组合在橡胶支座顶面上，但其代数和不允许大于固定支座摩阻力。在桥面 连续桥梁中设有固定支座和滑动支座，其中固定支座设在桥面连续的中心位置处，而滑 动支座设置在桥面连续的端部，任何桥墩位置处的固定支座或滑动支座都必须经过桥梁 支座的验算，其验算框图h 瑚9 1 见图2 2 5 。如果桥面连续某个桥墩上的支座不符合要求 时，就要反复调整，直至全部桥墩支座的受力都符合要求为止。 计算资料 确定支座平面尺寸 确定橡胶支座厚度 验算支座受剪稳定性 验算支座压缩应变 桥面连续第f 个桥墩的 支座选择 验算支座抗滑稳定 i 刳2 2 5 桥面连续橡胶支庸的验算框i 鍪j 一2 l 一 2 矫梁支挫仑理布11 的堆小理论 2 5 本章小结 本章叙述了桥梁支座布置原则、桥面连续结构水平力计算理论，并以集成刚度法的 理论为基础，采用m a t l a b 语言编制了桥面连续的水平力分配程序，该程序能够计算 桥面连续结构橡胶支座纵向受力，具有足够的精度，可在设计中使用，此外程序还需要 以后不断地完善。 3 支废史换施工技术的1 i j 究 3 支座更换施工技术的研究 3 11 日有的支座更换技术 橡胶支座的各种缺陷和病害，对于较轻微的病害，加强后期的维护、维修可延长支 座的使用寿命，对于严重的病害，则必须采取更换支座的措施。安放橡胶支座的公路或 市政桥梁主要为简支( 或连续) 箱梁、t 梁和板梁，对各种形式的上部结构，支座更换的 难易程度、方法也不同，现有旧桥支座的更换方法主要有枕木满布式支架法n 引、整体顶 升法。3 4 1 、“鞍型支座”法。坦，3 引、桥面钢导梁法心引。 3 1 1 枕木满布式支架法 枕木满布式支架法伽工作原理为在桥跨下的地面上设置枕木，以枕木为基础，设置 满布式或部分木支架至桥梁梁体处，在支架上安置千斤顶顶升梁体。支架主要由排架、 纵梁f 钢板) 等部件组成，其纵梁为受压构件，见图3 1 。 适用范围：适用宽浅河枯水季，桥下净空高度不大( 3 4 m ) ，桥梁跨径一般不大 于4 m 的桥梁。 优点：架设设备比较简单，施工方法简单易于操作。对于小跨径的梁桥，用支架法 施工具有一定的优势。 缺点：支架法施工工期长、支架和模板耗用钢、木量大，成本高；不适宜桥墩过高 的场合，桥墩过高为保证顶升过程的安全，支架的稳定性、承载力都要提高，则支架必 须高大，不经济；对孔跨下面有水的场合不能用本方法，如果地基过于松软时则必须浇 注混凝土地坪作为支架基础，不经济。 图3 1 枕术满布式支架法 3 1 2 整体顶升法 整体顶升法。3 1 1 1 的工作原理和i 枕木法相似，支撑面为桥墩下部新建顶升基础。 步骤如下：以地面为支撑，在墩台两侧建立项升基础，然后用贝雷架、槽钢、螺栓 连接成受力钢梁，受力锏梁上架二p 斤顶，在梁两端i 亍4 步整体顶升，待梁体揄升到施：。c 高 3 支座业换施r 披术的研究 度后更换支座，见图3 2 。此法为枕木支架法的变形方法。 适用范围：桥梁下部为非流水通过物，桥下净空不能过大( 4 5 m ) 的桥梁。 优点：对桥下通车影响不大，可自由通行，能满足桥下不中断交通的要求。与采用 少数大吨位的千斤相比较，无须为应力集中设置过大的传力杆及横梁。 缺点：只适用于非通行河流、河水流量较小可做围堰处理的桥梁。对桥跨下的地基 基础要求较高，需建顶升基础，工序时间长，工期较长。 预顺， 的繁体 t 细 幽一 卜堑竺豆一 。i，1 咐 r ，竹 粥 网 堂! ! ：! ! 望! ! 壁墨 ! 凶凶i l i i i 1 凶加l l 的址剐：凶1 ，一 ( a )( h ) 图3 2 顶升i 殳备布置图 3 1 3 “鞍型支架”法 鞍型支架法。世3 6 是直接用桥墩本身做支承在盖梁上搭设支架，设计成“鞍型支 架”，放置千斤硕来整体顶升梁体，见图3 3 。其步骤如下：先：恪钢梁穿过盖梁，然后在 两侧挂上预先焊好的l 型挂架，在其上安置千斤顶，同时在酣侧梁上加吊篮，最后在吊 篮上控制千斤顶抬升梁体。 幽3 3吊筛、鞍型支架结构布置示意幽 适用范围：该方法适用于复杂的河床地质情况，适用于公路、铁路立交桥的情况， 无需大型架设设备或杆件，优于地而支承形式。 优点：施二 方便，该方法不受河床地质、桥下水深耵l 桥梁高度的限制。同时施二亡现 场集中，便1 - 管删；缩短- it 断交迎时叫，整个操f 11 过程那足在桥。卜进行，川；箭俐i j m 怵o ” 架 做一 徘一委|；一 | | w然僦裂谳枞 3 支座更换施工技术的研究 不影响交通，起升梁时中断交通时间短；效益好，该方法不需任何动力，对桥梁各部位 及其整体性无任何损伤，且支架可多次使用，省工省时。 缺点：顶升过程中盖梁会发生偏心受压现象和局部承压过高的现象以及支架变形过 大的现象，顶升前须严格的验算：有些桥梁必须在墩台上留有承台式预埋件；梁两侧的 千斤顶，顶点要求对称精度高，且顶升过程中要严格控制梁的高程。 3 1 4 桥面钢导梁法 桥面钢导梁法乜刚的支撑位置在桥面上，支承面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上 绑扎钢带，安置钢梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体，见图3 4 。 适用范围：适用于跨径较小、单孔自重不大的桥梁类型，特别适用于对桥下环境不 利施工的情况。 图3 4 桥面钢导梁法 优点：设备简单，施工方便；对桥下场所无要求，适用于多科，桥梁类型，整个起梁 过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求：无需支架，节约费用，工期短。 缺点：钢梁长度有限制，跨径不可过大；要求用较大吨位千斤顶，对桥面局部压力 较大，有可能损伤梁体，需对局部压力进行验算。 以上四种旧桥支座更换方法各自有不同的适应环境，更换方法上各有长处。但是支 座更换工程是项非常复杂且带有一定危险性的工作，这就需要考虑一套经济、简易、 安全、可行的通用吊装方案，因此本文将研究一种较新颖，且兼有大量优点的钢扁担梁 法。 3 史座巫换施r 技术的研究 3 2 桥梁支座更换的新技术 3 2 1 钢扁担梁法更换支座的基本原理 钢扁担梁法的支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上打 孔，绑制钢带，安置钢扁担梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体， 其原理见图3 5 。该法与桥面钢导梁法的顶升基础相同，都是以桥面为基础，不同之处 是钢导梁( 杠杆) 不用横跨整个桥孔来硕升梁体，而是将钢导梁缩短到4 m 长左右，运用 扁担的原理。川，利用钢扁担梁和钢带在相邻跨用千斤顶项升梁体。 1 l a ： b 。 “ “ 钢扁抛粱 r 丁t t _ _ r r 厂一 液压千斤顶 匕 7 她温。 上坐豆 产8 一 7 7 j 斥u 寻k 斥u 弓 图：3 - 5 俐肺担梁法顺升原理例 以扁担梁为脱离体，况明硕升原理，p a 为提升孔的上升力，当r 大于p a 和梁孔自 重之半时，桥孑l 即会上升被顶起，二 作原理见图3 6 。 俐扁担梁 j a rl l t2 + i 到3 6 顶升i ：作原理图 3 2 2 钢扁担梁法更换系统的设计 一、千斤顶顶力及位置的分析 - 根据上部结构的重量计算其顶升力如图3 5 所示。依据原桥设讣尺寸，计算出顶升 孔上部结构总重量g ，跨径，。，由m 。= 0 可得 p a ( f 。，+ x ) 一g ，。2 一w ，。= 0( 3 一“1 ) 式中：w 一杠杆及吊架重量； ，。一顶升装罱系统重心至c 点距离； 3 支座更换施二j 技术的研究 设顶升的梁( 板) 端在桥墩上，g 、f 0 依次为邻孔上部结构的自重和计算跨径，e 为图 3 5 中支座f 或支座g 与桥墩横向轴线在顺桥向上的水平距离，令： a ：1 + 盟( 3 _ 2 ) g f 。 则 ” 只2 焘 ( 3 - 3 ) 厶十 - p a 产生的邻孔支座f 的竖反力不应超过该支座所能承担的最不利活载反力r p f ，即