某大桥支座损坏的原因及更换方案

某大桥支座损坏的原因分析及更换方案1前言高速公路某大桥通车一年后即出现了部分滑动支座损坏严重的现象。应业主要求，我们迅速派人调查支座损坏情况，组织有关人员分析支座损坏原因、制定支座更换方案，对方案进行理论论证及内力验算并立即组织实施。现已将损坏支座更换完毕，目前支座工作状态正常。2现状描述大桥共72跨1344个支座，其中TCYBF4250×64型384个，TCYBF4350×64型384个，TCYB350×64型576个。大桥于2000年5月份桥面砼铺装层施工完毕，10月份沥青混凝土面层施工完毕，2000年12月份正式通车。2001年12月份在对桥梁进行例行检查中发现66#墩左幅护栏有明显沉降，桥面(仅紧急停靠带)有错台现象，伸缩缝两侧高差值约为10mm，桥面没有任何裂缝。遂于2001年12月4日—2001年12月6日对全桥支座进行普查，结果发现66#墩左幅部分滑动支座损坏严重，42#、48#墩部分滑动支座有损坏情况。为进一步了解支座损坏发展情况，为更换支座方案的确定提供真实可靠的数据，2002年4月26日—2002年4月30日对全桥支座又进行了一次普查。从检查情况来看，支座绝大部分工作正常，出现损坏现象的都是TCYBF4250×64型，发生损坏较严重的位置集中位于左幅42#、48#、66#墩伸缩缝处。经连续观测，损坏情况没有大的发展。目前66#墩伸缩缝处支座严重开裂的有6个，中度开裂的有4个，轻微开裂的有4个，严重变形成腰鼓状(未开裂)1个，剩下一个正常工作。66#墩伸缩缝处错台(伸缩缝两侧高差)现状为行车道平均8mm，超车道平均5mm，紧急停靠带最大值(位于紧急停靠带外边缘)17mm，平均16mm，呈线性分布，如图1所示。图142#、48#墩伸缩缝处支座与66#墩相比损坏情况较轻，而且伸缩缝处错台现象不明显，行车无明显感觉，平均值3mm。具体损坏情况如下：42#墩支座严重开裂2个，中度开裂1个，轻微开裂1个，变形(倾斜)2个，正常工作10个。48#墩支座严重开裂3个，中度开裂1个，轻微开裂1个，变形(倾斜)1个，正常工作11个。3原因分析现场调查结束后，我们立即组织有关人员根据现场支座损坏情况、设计图纸对支座进行分析，发现支座损坏是因为支座受到剪切应力超过支座容许应力而造成的。初步确定支座损坏由下列因素引起：3.1施工造成的影响：接到图纸后，在业主、监理的要求与指导下，我们严格按照图纸及标书要求的工艺工法进行施工，每一道工序都得到临理的合格签证，施工工艺及施工质量不存在问题。但仔细分析后，认为下列施工允许误差可能会对支座产生不利影响，具体如下：3.1.1鉴于目前施工工艺及技术，支座垫石上的预埋钢板不可能达到绝对水平，《规范》允许偏差为3mm。我们认为施工误差会造成支座受力不均匀即局部受力，导致应力集中。具体计算如下：取最不利情况，设支座底板靠近梁端的两角比另外两角高3mm。由于施工中伸缩缝处支座采用直接架设，故边梁先期恒载完全由四个支座承担，后期恒载及活载横向分布按照半刚性桥面体系分布，经近似计算，边梁每个支座承受重量约为40t，按照简化受力图式进行计算，支座受力暂不考虑大梁纵向滑移影响，横向剪切力p横=p竖×Sin(arctg(3／400))，则支座额外承受横向剪切应力τ=p横／S=p横／(π×0.1252)，按照p竖=40×9800N=392kN代入，得到τ=59.892kPa。3.1.2支座垫石上预埋钢板的不水平直接导致不锈钢板的不水平，影响到支座的滑移，也会造成支座受力不均，局部应力集中。该抱突此悦箱梁底板预埋首钢板的位置精设确度也会导致回支座不能按照朱设计要求受力允，进而造成支晃座局部应力集让中。你格脱仆欲箱梁由于张拉陈起拱、混凝土雹本身弹性模量陷的不均匀性，事或多或少总会拌发生轻微扭转桌变形，影响到效底板预埋钢板朗位置的精确度洲，进一步导致真上一款中所分最析的后果。摩鉴节夫诵箱梁体系转换冒时可能会发生层轻微扭转现象宁，进一步加剧窜支座应力集中毛。绝3.2泻告支座原材料：蛮克季我们选择信誉厕好的厂家进货泡，进货后随机磁抽取一组送到梦同济大学检测疏合格，后又经沙业主、监理组诊随机抽取送检喘合格后方使用港。而且每个支鼓座出洽厂都附有合格揉证、质保书，棉支座的质量是贯有保障的。但棍我们分析后认签为，从概率上幻讲，每个支座维的质量情况都诞不可能完全相顽同，即产品质浸量具有不均匀死性，正是这种据不均匀性也会植导致支座受力旨情况不完全一衔致，造成某个趁或某些支座受葱力较大，影响歌支座正常运营雨。另外，我们娱考虑到整体落晴梁时由于支座殃弹结模吨K撑并不完全同，扎据有关资料，毒同一批合格产改品弹倍模近E缺最大可相刷差奶4析0诉％，本桥支座否经上海同济大召学实际检测两菌个支座模量最宝大相币差帅1倡5梯％，以某片大鲜梁中某个支座唇比其余几个支果座弹模缩大协1同5嫁％计算如下：图2糕如浙图谷2失所示，为简化睬计算，单独研肢究一片梁受竖帖向荷载作用下明由于弹烈模板E沙不同导致的应暑力集中情况，床并假设架梁时榆支座顶面水平虽。路设咽E2=E3=响E4=圣E狡，舒则何E1=1.1菠5欺E筐，按照静力平仰衡及物理变形毕约束条件，凭且举p1+p2=戏p/聋2瞒可得沙：孤p1/p2=娇1.1巩5亭，轰p1=26.境7侮％辅p沫。缎3.3神姓设计原因谜么问缺帖经我们与箱梁谁通用图原设计秒单位联系，吊30m菊跨径箱梁原配阅板式支座，但凉此工程套用了碰箱梁通用图原线图，却将板式乳支座改变成球宅冠式支座。而桥本桥纵坡的实匪现是通过球冠恒支座顶面高差顿来完成的，这浊样会造成支座呀产敬生额外的剪切押应力，支座局努部应力过大，兄造成了支座损晒坏。府本桥最大纵愁坡谷1.摩5饲％，可简化计疗算图式如下仇图胜3鸽：宋图3五蛙菜对单个支座进低行分析，计算互图式采用兄图件4起：削误圣支座与大梁接声触面将产生方讲向相反的一对沈力，大小段为四p×cos智θ踢×sin专θ劲，方向水平。圾由于调坡而在胃支座上额外产两生的剪切应力决τ方=p×cos序θ没×sin小θ颂／坊(赵0.058x土0.25)=旬7.078k握pa就疏伯例《某大桥施工葛图纸》规定伸午缩缝处滑动支诱座采脑用舰TCYBF眉4滤250×6历4纺型，归而译TCYBF树4弄250×6妖4讨型滑动支座允犹许压应皆力笨σ新容陵=级12.5MP脾a行，仅在恒载作掩用下，只考虑阁到支座物理几勇何因素的差异惨，支座的最大煎压傻力蕉P=483.桐728k旋N阿。再考虑到活唉载，荷载横向故分布采用简便业的杠杆分配法允，近似计算得鼓到活载可能产挖生的最大压需力烘P=49.0叹38k摘N奶，则支座承受鞭的压应力在支贝座完全受压时锣。俊σ骗=10.85寄3MP富a泻。由于支座形桐式为球冠形，耗球冠高邀6mm杆，具体形式见发右铁图哪5本：图5凝耕风在支座正常工斤作时，球冠部焦分被压平与大壮梁底预埋钢板倦紧密接触，则忽支座中心部分险承受较高压应蝶力，按照虎克小定律，则支座告顶中心部分承拆受压应力河。房σ镜=胸σ打/64×婚E园，而四周解2cm叛左右承受压应锹力基本团为壳0在。这样一方面繁造成支座内部撞应力分布比较辞集中，造成支姨座早期损坏；网另一方面，造油成支座底恐板微(公四氟治板渣)从中心承受压力机大，四周承受而压力小，而四酱氟板的摩阻系瘦数与所承受的如压力近似呈反嚼比关系。在大墓梁因受气温等脊因素影响伸缩很时，支座四周挎的四氟板因与谦钢板的摩阻系郊数较大阻碍支因座滑移，使大颠梁的变形全部殖由支座剪切变肿形来完成，支麻座的剪切变形支容许值只有赞3.36cm矮，而大梁在温仗度变化播2纵5急℃势时变形量达到寄6cm题多，这进一步感加剧了支座损腿坏。货烦仆综上所述，支通座一方面因为石内部应力集中铲，造成支座早怪期损坏；另一使方面当大梁因茫受气温等因素煤影响伸缩时，饼支座因为滑移较受阻额外产生惩很大的应力，金这也是导致支剩座损坏的主要屡原因。鹊4房刊更换方案筐幸适鉴于支座损坏亏状况，应将开异裂的支座全部券更换。初步设拥计更换方案为蚕：采用小型板竞式千斤顶放在壤支座边起顶：诱鸣句拟采用的千斤齐顶规格尺寸具现体为：疤咸中吨位足：质5奏0公吨蜂稠评平面尺寸：窝75mm槽×l题78mm谋喂餐高度：叔50mm板捞设行程：颂12mm徒糕钢支座平面布置床图为：图6天千斤顶布置立烈面图为：图7趴剂斧在如图位置千集斤顶，八个千灌斤顶同时运作批，警将芝4甜片梁同时顶。笋待弹性束压缩完成后，认即千斤顶受力站均匀后，进行捎下一步操作。挡安装测量梁体徐升高系统：采郊用在箱梁上固增定坐标喜纸坛(掌米格塞纸除)绝、在盖梁上用凡膨胀螺丝固定旺指示杆，利用师指示杆上固定扩的指针相对于纽米格纸的移动写来响指示箱梁的起债升高度。如下著图所示。图8理贼新根据目前箱梁纽倾斜状况，先蔬将箱梁纠正水封平。漂帽颈以畅66惊#伞墩北侧为例：宰烦白目前支座处箱喊梁底板与原来围相差数值为：弊铲掀现在竿：胶6.26折.16.锤36.1点5.6纷5.5歇4.64与.5遣船依原来首：镇6.66赛.66.设66.6蚊6.6返6.6声6.66歌.6耕雀让相差忍：般0.40远.50.较30.5惠1.0侧1.1尘2.02姓.1怠蹄纽按照线性分布养，计算各部分熊每次顶升高度礼分布如下：抢贼的由于外侧高差龄比较大，最大肃为躬2.1cm乐，而千斤顶行用程仅为合12mm挤，中途需用垫朽块临时支撑，赛千斤顶回油后犹垫上垫块继续泰起顶。考虑到愉起顶时弹性压妖缩及垫块的空渐隙、弹性压缩她，有效行程按秋照在6mm渴考虑。则最外吹侧箱梁需糊要蜡分放4堆次顶升，每次毫顶升高度为：喷卷糊千斤顶编号锣：旧12势34纠56旺78海第一次室：酱1歪11踢12势25械5答会宏第二次死：岔1亏11锤13乞35市5岸神炸第三次佣：永1歪10罪12吐35帅5言藏旨第四次债：恭1喜21珍23丧35概巩6爷单己位虽(比mm)缓配飞箱梁纠正水平拉后，采用楔式雾临时支座临时乎固定，千斤顶凉缓慢回油。再孩用钢板或钢片银垫高千斤顶，乖统一顶升温8mm宰(女考虑到支座高简64mm膏，球冠高症6mm予)蒸，立即用临时包支座加固支撑泻，取出已经损喷坏的支座。根织据箱梁底板预培埋钢板位置确蜜定支座正确位生置并用明显颜竟色标记出来，霸放上新支狭座横(书应在四氟板上申涂上硅脂板油佩)糠。检查无误后性，拆除临时支帝座，千斤顶缓括慢回油，落梁姨到新支座上。飘5艺创操作注意事项举：团5.1只便要采取专人指别挥千斤顶顶升芝，保证每个千圾斤顶受力均匀宵，严禁出现千正斤顶脱空现象衬。锅5.2种宜千斤顶回油要签缓慢，让应力替转移有一个过番程。嫌5.3输净千斤顶两次起叔顶要间甜隔待2甜0颠分钟左右，让总箱梁中应力缓辱慢释放。结束语：稍叛蚕某地该类型的统桥在我们随后穗的调查中，都都不同程度地存拜在支座损坏的作情况，特别是扮这种球冠支座紫。这种支座对冤在调节和适应功箱梁底板浇注还时造成的局限施性柏(捕底板不拖平蠢)扰上有一定的方渣便，但在受力茫上不尽合理。远从我们更换下遣来的支座来看馅，支座中心受蚕力大，边缘受灶力很小。在支枪座滑动时，边沸缘腥有一个阻力圈绳，这也是造成免支座产生裂缝捎和损坏的主要阅原因。在支座墙的更换期间，灭我们建议设计