连续弯梁桥更换支座顶升施工控制.pdf

s一 一s 连续弯梁桥更换支座顶升施工控制 谢 亚 洲 庄冬 利 孙斌 肖汝诚 同济大学桥梁工程系 同济大学建筑设计研究院 集团 有限公司 摘要 以一联 三跨 连续 弯梁 桥更 换支座为例 针对 弯梁顶 升 时的受力 和变 形特 点 提出支 座更换 顶升施 工控 制 的原 则及方 法 以此为基础 探讨该桥顶升施工 的三种 可行方 案 通过有 限元 仿真 分析 比较 得 出推荐方 案 本桥 按推荐 方案 进行施 工和控 制 应力及变形状态监测结果表 明推荐方案 可行 施工实施效果 良好 t 关键词 连续弯梁 施 工控制 支座更换方 案 应力监测 变形 测量 f 1 工程概 况 分 必要 和重要 的 上海陆 家嘴 环形 天桥 Z4 Z 7 轴部 分 是 一 联 三跨 连续弯 梁结 构 其 平 面 布置 见 图 1 跨 径 组 合 为 30 m 41 m 26 m 桥 宽 10 m 平 面 呈 圆 曲 线 半 径 58 757 m 主梁 采 用 钢 结 构 横 截 面 为 单 箱 四 室 断 面 箱顶 宽 8 5 1TI 箱 底宽 3 1 m 标 准梁高 1 7 m 各 桥 墩处 均 设 置 内外 侧 抗 扭 双 支 座 两 支 座 中心 距 为 2 3 m 为满 足 环 形 天 桥 补 缺 成 环 工 程 补 缺 方 案 为 在 Z4 轴 悬臂 端 对接 一 跨 主梁 而 Z4 轴支 座 已不 能 满 足设 计要 求 需 对其 更换 即要 求顶 升 主梁 O 图 1 环 形 天桥 Z 4 Z 7 轴 部 分 平 面 布 置 图 由于 曲率 的影 响 弯 梁 内弯 矩 扭 矩 耦 合 1 4 其 变形 比同等跨径 直线 桥大 在 顶升 施工 时弯 梁 的扭 转 及侧 向变 形可 能造 成 其 他 各 轴 处支 座 横 向受 力 不 均 主梁 内力不 能满 足要 求 甚 至将 导致 内侧 支座 脱 空 梁 体失稳 而 国内外支 座更 换顶 升施 工控制 研 究多 集 中 于直线梁桥r5 对连续弯梁桥顶升施工 的特殊性 缺 乏认识 这 样 在 进 行 实 桥施 工 时势 必 存 在 上 述 安全 隐患 因此 开展 连 续 弯 梁 桥 顶 升施 工 控 制 研 究是 十 收 稿 日期 2010 05 24 2 顶升 施工控 制 的原则 及 方法 在 Z4 轴处 主梁预 升过 程 中 本桥 始终 存在 扭转失 稳 的可能 为 此 应 给 出合 理 的 顶 升方 案 以确 保施 工 安全 并对 结构 位 移 及 应 力进 行 双 控 本 文 结 合 连续 弯梁受 力 特点提 出顶 升施 工控 制 的原则 1 各控 制截 面应力满足规范要求 2 内 外侧主梁位移尽可能保 持 一致 3 内 外 侧支 座受 力均 匀 针 对 以上施 工控 制原 则 具 体采 用 的方 法 如下 顶 升过 程 仿 真 分 析 根 据 顶 升 过 程 进 行 各 顶 升 工况 有 限 元 分 析 g 尽 可 能 精 确 模 拟 施 工 全 过 程 对可 行 的施 工 方 案 进 行 研 究 比较 得 出 最 优 方 案 并获得结构的内力 应力和变形 的理论值 对选定 的施 工控 制 主要 参 数 及 主 要 成 果 形 成 施 工 控 制 预 备 文件 关键 截 面 的应 力 及 变形 监 测 根 据 仿 真 分 析 结果 确定 结构 在顶 升施 工期 间 的控制 截面 对各 顶 升 工况进 行 结构应 力状 态监 测 及结 构变形 状态 测量 3 顶 升施 工仿 真分 析 3 1 顶升 主梁 的三 种方 案 目前梁桥更换支座存在 整体顶升 和 局部顶升 两 种方 式l 5 前一 种 方 式 由于 费用 较 高 设 备 投 入 较 多而不适合连续 弯梁局部支座的更换 后一种方式 利用 超 薄千斤 顶 顶 升 支座 更 换 处 主 梁 由于施 工 费 用 低 速度 快而 被本 桥所采 用 后一 种方 式又 存在 同步 顶升 和 不 同步 顶 升 两 种 方 法 结 合 这 两种 顶 升 方 法 以及施 工控 制原 则 提 出三种顶 升施 工方 案 方案 一 以 Z4 轴 内 外侧 主梁 位 移相 等作 为 目 No 3 2010 上冯么堍 43 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m s一 一s 标 两侧千 斤顶非 线性 不 同步顶升 方案二 Z4 轴 内 外 侧 主 梁 线 性 不 同步 顶 升 两侧 主梁位 移尽可 能相 等 方 案三 Z4 轴 内 外 侧 主梁 同步顶 升 3 2 不 同顶升方 案对 结构 受力 的影响 为研 究各 顶升方 案 的优劣 建立 有 限元 模 型 以顶 升位移 主梁 内力 以及支座 反力作 为关 注指 标 比较 分 析不 同顶 升方 案对 全桥受 力 的影响 3 2 1 顶 升力 与顶 升位移 表 1 给出 了各顶 升 工 况下 三 种 方 案 Z4 轴处 顶 升 力与主梁竖向位移的有限元仿真计算结果 由表 1 可 以看 出 方案 一 内侧 顶 升 力 随着 顶 升 位 移 的增 加 而 非 线性降低 表明内侧千斤顶始终处于卸载状态 方案二 内 外侧 顶升 力随着 梁体 位移 的增 加几乎 线性 增 大 两 侧 主梁竖 向位 移差最 大 为 0 29 121122 方案 三 内 外 侧 顶 升 力相 等 两 侧主梁 竖 向位移 差最 大为 0 77 m i D 表 1三种顶升主梁方案 方案一 方案二 方案三 工况 顶 升力 k N 竖 向位移 m m 顶升力 k N 竖 向位移 m m 顶升力 kN 竖 向位移 m m 内侧 外侧 内 外侧 内侧 外侧 内倾 6 外侧 内 外侧 内侧 外侧 1 2 0 9 7 6 3 3 5 1 O 0 2 2 8 0 6 3 8 0 1 5 4 1 5 8 4 3 3 O 1 3 9 O 6 3 2 2 O 1 4 6 3 9 0 2 0 0 2 3 8 0 64 8 0 3 0 7 3 1 5 4 4 8 0 3 6 8 2 9 7 3 1 7 6 7 6 5 5 4 5 0 0 2 5 8 O 6 6 8 0 6 1 1 6 2 8 4 6 3 0 5 9 6 5 3 2 4 1 5 l 9 6 7 1 9 8 0 0 2 7 8 0 6 8 8 0 9 1 6 9 4 1 4 7 3 0 7 4 8 6 8 8 5 1 3 5 4 6 8 2 8 1 0 0 0 2 8 8 0 6 9 8 0 10 6 8 1 0 9 7 4 8 8 0 9 7 7 9 2 3 6 l 1 8 9 6 9 3 8 1 2 0 0 2 9 8 0 7 0 8 0 l 2 2 1 l 2 4 6 5 0 3 0 l 2 O 5 11 5 8 7 94 1 7 l 0 3 1 5 0 0 3 1 8 0 7 2 8 0 l 5 2 5 1 5 3 6 5 18 O 1 4 3 4 13 9 2 8 69 4 7 2 6 7 1 8 0 0 3 3 8 0 7 4 8 0 18 2 9 18 50 5 4 3 0 1 8 1 5 1 7 8 3 3 2 2 主梁 内力 图 2 给 出了最不 利工 况 表 1 中工 况 8 下 三种 方 案 主梁在 顶升力 与恒 载作用 下 的内力 图 8 O0 o 6 Oo o 4 00 0 2 oo O 0 至一 2 000 一4 0 00 静 一6 00 0 8 o 00 10 o oO l 2 o oO z4轴 z5轴 z6 轴 z7 轴 主粱截 面位置 a 主 梁 弯矩 图 由图 2a 可 以看 出 三 种 方 案 主梁 均 在 Z5 轴 处 出 现最 大负 弯矩 在 Z5 轴 一Z6 轴跨 中 出现最 大正 弯 矩 方案 二 与方 案 三 弯 矩 几 乎 相 等 最 大 负 弯 矩 约 为 一 9 100 kN i n 最大正弯矩约为 7 500 kN m 方案一 最大负弯矩为一1l 700 kN m 最大正弯矩为 6 550 kN m 比较三方案弯矩计算结果 方案一最不利弯矩比方 案 二 和方案 三 增 大 28 6 由 图 2b 可 以看 出 三种 方 案主梁扭 矩相 差较 大 方 案一 扭 矩 水平 最 低 最 大负 扭矩 为 一950 kN m 最 大正扭 矩为 920 kN m 方案 二 44 上踢么赡 N 3 2010 1 2 50 1 0 o0 7 50 5 00 2 50 至0 2 50 9 I 5 00 7 50 1 O0 o z4 轴 z5 轴 z6 轴 z7 轴 主粱截面位置 b 主梁扭 矩 图 注 主 梁截 面位置 指 主梁横 截 面从 Z4 轴 到 Z7 轴 沿 圆曲线 变化 的相 对位 置 图 2 工况 8 作用下三种方案主梁内力图 扭矩水平居中 最大负扭矩为一1 150 kN I2 1 最大正扭 矩为 1 15OkN m 方案三扭矩水平最高 最大负扭矩为 一 1 140 kN m 最 大正 扭矩 为 1 220 kN 13 1 3 2 3支 座反 力 表 2 给 出 了最不 利 工况 表 1 中 工况 8 下 三种 方 案主梁在顶升力与恒载作用 下的支座反力计算结果 由表 2 可 以看 出 三种 方 案 主 梁 6 号 轴 7 号 轴 支座 反 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 力 相 差不 大 不 同顶 升 方 案 对 5 号 轴 支座 受 力 影 响 较 大 方 案 一 内 侧 支 座 受 力 较 大 内 外 侧 支 反 力 相 差 57 5 t 方案 二及 方案 三均 为外侧 支 座受 力较 大 内 外 侧支反力差值前者为 74 2 t 后者为 111 2 t 表 2工况 8 作用 下三种方 案支座反 力 项 目 5 号轴 6 号轴 7 号轴 内侧 支座 t 199 4 146 2 27 7 方案一 外侧支座 t 14 1 9 l 6O 3 42 6 内侧支座 t 124 3 148 6 29 2 方 案 二 外侧支座 t 198 5 169 4 38 1 内侧支座 t l O5 8 148 5 29 1 方案三 外侧支座 t 217 169 38 3 3 3 顶升 方 案比选 与推 荐方 案 由 3 2 节 比较分 析结果 可得 方案 一 内侧 千斤 顶始终 处 于卸 载状态 施工 较 复杂 主梁 弯矩 最 大 扭 矩 最 小 其他 各 轴 处 支 座 横 向 受力 均匀 方案 二 顶升力 线性 增加 施 工较方 便 内 外 侧 顶 升位 移相 差 不 大 主 梁 弯 距 水 平 低 扭 矩 水 平 居 中 其他支座横向受力较均匀 方案三 两侧实行同步顶升 施工最方便 内 外 侧顶升位移相差 较大 主梁 弯距水平低 扭矩水平 最 高 其他 支座 横 向受 力不 均匀 因此 选择 施工 较方便 对 主梁 受 力 影 响较 小 的 方 案 二作 为推荐方 案 该方 案 的详细施 工 步骤 见表 3 表 3顶 升推荐方案的施工步骤 施工步 施工内容 1 搭设施工平台 布置顶升设备 2 内侧顶升 55 k N 外侧顶 升 157 kN 25 恒载支反力 3 内侧顶升 109 kN 外侧顶升 314 kN 50 恒载支反力 4 内侧顶升 164 k N 外侧 顶升 47 1 kN 75 恒载支反力 5 内侧顶升 218 k N 外侧顶升 628 kN 100 恒载支反力 6 内侧顶升 2 28 kN 外侧顶升 638 kN 7 内侧顶 升 238 kN 外侧顶升 648 k N 8 内侧顶升 2 58 kN 外侧顶升 668 kN 9 内侧顶 升 278 kN 外侧顶升 668 k N 1O 内侧顶升 288 kN 外侧顶升 698 k N 11 内侧顶升 298 kN 外侧顶升 70 8 k N 12 内侧顶升 318 kN 外侧顶升 728 kN 13 内侧顶升 338 kN 外侧顶升 748 k N 15 按 以上线性规律顶升直至支座可进 行更换 l 6 支座更换 17 内 外侧千斤顶油泵同步缓慢 回油 主梁 回落 s一 一s 本 桥 顶 升 施 工 将 推 荐 方 案 方 案 二 作 为 实 施 方 案 对表3 中各施工步骤进行详细有限元计算 得出全 桥 控制 截 面应 力 和变形 理论 值 作 为施 工控 制 的依 据 4 变 形及应 力监 测 4 1 变形测 量 根据 有 限元计 算结 果 位 移控 制 截 面 为 Z4 轴 顶升 截面 z4 轴一z5 轴跨 中截面 以及 z5 轴一z6 轴跨中截 面 采用全站仪对控制断面纵 横 竖三个方 向的变形 进行 测量 采用 百分 表 精度 0 01 ra m 对 Z4 轴 顶 升竖 向位 移进 行监 测 如 图 3 所示 图 3 百 分 表 测 量 Z4 轴 竖 向 位 移 限于篇 幅 图 4 仅 给 出各施 工 工况 下 Z4 轴竖 向位 移 理论 及实 测 曲线 从 图 4 可 以看 出 顶 升 阶 段 主 梁 竖 向位 移理 论 值 与 实 测值 较 吻合 内侧位 移误 差 最 大 为 1O 90 oA 外侧 位移 误差 最大 为 一8 97 工 况 19 主 梁 回落 在 内侧 3 33 m m 外侧 3 92 m m 位 移 处 表 明 原支 座 已发生 3 4 m m的长 期变 形 16 14 目 12 蠢lO 8 奁 2 0 2 o l 2 3 4 5 6 9 l U l l l 2 l 3 14 1 l O l 7 l l 9 2U 预升施32T 况 注 1 12 为主 梁 顶 升 工 况 13 19 为 主 梁 实 际 回 落 工 况 图 4 Z4 轴竖 向位移 4 2 应 力监 测 根据 有 限元计算 结果 顶 升 时 Z5 轴 支 点截 面应 力 最 大 采 用表 贴式智 能 弦式 应 变计 对 该 截 面进 行监 测 图 5 给 出 了该 截 面 的 4 个 测 点 布 置 其 中 1 2 为上 缘 测点 布置 在顶 板边 缘 3 4 为下缘 测 点 布 置在 底板 上 与斜腹 板相 交处 N 3 2010 上踢么咯45 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m sHANGHAI H s 0 0 j 图 5 应力测点布置 图 6 给出了各顶升工况下监测截面应力理论与实 测曲线 从图 5 可 以看 出 有 限元计算得 内 外侧理 论应力几乎相等 但实测值表明两者存在一定差别 图 6a 中 1 号测 点 压应 力 误 差 最 大 为 14 04 2 号 测 点 压应力误 差最 大为 5 23 图 6b 中 3 号 测 点压 应 力 误差 最 大 为 9 55 4 号 测 点 压 应 力 误 差 最 大 为 11 62 表明仿真计算与实测结果较吻合 l 0 一1 三 2 登一 s 4 5 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 顶升施工工况 a 上缘应力图 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 顶升施工工况 b 下 缘 应 力 图 图 6 应 力 监 控 结 果 5 结语 1 本文 提 出的连续 弯梁桥更 换支 座顶 升施 工控 46 上 么缘 No 3 2010 制原则 合理 方法 可行 适用 于所 有该 类工程 2 按 上述 原则确 定 的顶升 推荐 方案施 工安全 方 便 对 主 梁 受 力 影 响 较 小 本 桥 顶 升 施 工 采 用 了 该 方 案 3 本桥连续弯梁结构按推荐方案施工 应力及变 形监测结果与有限元仿真计算结果较吻合 施工实施 效 果 良好 参 考文 献 i 13 赵跃宇 康厚军 冯锐 等 曲线梁研究进展EJ3 力学进展 20 0 6 3 6 2 1 70 186 E2 李华 武兰河 单根曲线梁法计算连续曲线梁桥影响线I J 工程力学 2005 22 增 26 30 1 33 姚玲森编译 平面 曲线连 续梁 的实 用计算 一 J 国外 公 路 1985 4 25 37 4 姚玲森编译 平面 曲线 连续 梁 的实用 计算 二 i J I 国外公 路 1985 5 15 28 I 5 李静斌 陈淮 葛素娟 支座更 换顶升方 案对小 箱梁桥结 构 性能 的 影 响 J 郑 州 大 学 学 报 工 学 版 2010 31 1 4 O一 4 3 6 郭艳芬 张永 水 万飞 胡安林 简支变 连续 梁桥 支座更换新 方法的试验研究 J 重庆交通大学学报 自然科学版 20 0 9 2 8 1 1 6 1 9 7 郭艳芬 杨圣超 张永水 等 简支转连续粱桥支座更换新方 法的仿真分析 J