第２期（总第１５２期） 中国 丛王 ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＣ ＮＯ．２（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１５２） Ａｐｒ．２０１１ ２０１ １年４月 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—４６５５．２０１ １．０２．０２８ 大跨径连续梁桥顶升过程中的桥墩受力分析 金恩 ［上海城建（集团）公司，上海２００１２５］ 摘要：以国内顶升工程中最大跨径连续梁桥——跨航道同三国道横潦泾大桥改造工程为对象，在详细介绍整个顶升施 工方案的基础上，对桥墩在施工过程中不同阶段的受力特性进行了详细描述。尤其对主墩切割期间的不利受力特点进 行了分析，并对相关施工方案提出了修改建议，从而确保顶升施工安全。 关键词：大跨径连续梁桥；顶升；切割；施工阶段 中图分类号：Ｕ４４８．２１５．５４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—４６５５（２０１１）０２—００７５—０３ 以黄浦江上游（分水龙王庙～大涨泾河口）航道整 治工程——跨航道同三国道横潦泾大桥改造工程为对 支流横潦泾的ｌ座大桥（见图１）。主桥为三跨变截面 预应力混凝土连续箱梁，跨径组合８５ ｍ＋１２５ ｍ＋ ８５ ｍ，全长２９５ ｍ。 象，研究了大跨径连续梁整体顶升中的支撑受力，尤其 是桥梁主墩切割顶升转换过程中的受力，保证施工过程 引桥为简支板梁，两侧各１１孔，跨径为２２ ＩＴＩ，引 桥总长１１×２２×２＝４８４ ｍ。 中主墩受力安全。该项目研究对象的一次性整体顶升 跨度和自重皆为国内第一，相关研究成果可为我国大跨 径大墩位桥梁顶升施工提供技术参考。 １ 工程概况 桥梁按上、下行独立分幅布置，桥梁总宽２７．５ ｍ， 桥梁纵坡为３．５％。为了提高内河航道通航能力，在 不拆除既有桥梁的基础上，通过桥梁顶升增加桥梁下 部净空。 横潦泾大桥为同三国道（ＧＩ５０１）跨越黄浦江上游 图１ 横潦泾大桥主桥不意图（ｍ） ２ 顶升方案及控制要求 ２．１ 主桥顶升方案 在顶升过程中，需要对中墩和边墩进行切割，然 墩顶部位进行局部切割，切割高度暂定为２００ ｍｍ。 ２）边墩采用与主墩类似的切割改造措施，相关切 割参数类似。受边墩荷载小、千斤顶布置尺寸限制， 后利用主干斤顶进行顶升一个行程后，切割原有支座 下部，再借助随动千斤顶进行制动，借助预制垫块形 成重复式顶升过程。 以及墩柱截面的影响，边墩仅采用外包钢板箍的增强 方式，而没有采用主墩的外包混凝土增强改造。 ２．２控制要求 １）主墩采用以原墩柱为支撑基础，在墩柱与箱梁 底之间安装顶升千斤顶，通过ＰＬＣ电脑同步控制进行 顶升。由于老桥主墩处梁底与墩顶间的净距＜ ４００ ＮＩｍ，不满足大吨位千斤顶的安装净高；需要对原 收稿日期：２０１１一Ｏ１—２０ 主桥顶升施工精度控制要求如下： １）主桥各支点桥面标高问相对误差≤±５ ｍｍ。 ２）主桥纵向水平位移偏差≤±１５ ｍｍ。 ３）主桥横向水平位移≤±１０ ｍｍ。 ４）主桥顶升各支点的不均匀垂直误差≤ ７５ 中国彳放？ ±１０ ｍｍ。 金恩：大跨径连续梁桥顶升过程中的桥墩受力分析 ２０１ １年第２期 和施工中的不利荷载取值，从而保证相关计算结果偏 ５）主桥箱梁的梁体拉应力增幅≤１ ＭＰａ，压应力 增幅≤２ ＭＰａ。 ３原始受力状态分析 于不利，有利于提出偏安全的措施。计算中不计钢板 箍的预紧作用。 计算中考虑荷载通过千斤顶布置面均匀作用于 墩顶，即假定各千斤顶的顶升受力是均匀的。为保证 计算结果与实际情况一致或相近，施工方案中采用自 为了对在最不利结构状态下施工时结构安全性 进行分析，需要完成整体结构的原始受力分析，然后 用于施工阶段相应的应力分析。 流平混凝土对切割面进行找平并借助钢板作垫板，同 时需要做好千斤顶顶升力的同步性控制。 利用大型结构分析软件ＭＩＤＡｓ／ｃＩＶＩ【２０１０对主 桥结构进行分析，具体包括２大部分的内容。 １）分析现有主桥结构，了解结构现状。尤其是经 过长期使用，结构内力调整后，如果支座发生沉降，使 得结构受力发生变化，将关系到顶升时应力分布状态 和顶升方案设计过程的千斤顶布置。 ２）进行结构顶升过程的模拟。考虑由于顶升误 差引起的结构内力与应力调整；同时考虑施工过程结 构的温度荷载获得相应的受力，来指导后续分析中边 界条件的设置。 本桥桥墩均设双支座，主墩支座间距为４ Ｉｎ，边墩 支座间距为４．５ ｍ。经过计算，本桥在恒载条件下的 支座反力见表１。表１中各项支座反力均为单个支座 反力；原设计采用边支点支力包括引桥作用。 表１支座反力一览表 ｋＮ ｌ 部位 设计审查 设计 本计算 下文分析取值 ｌ边支点 ３ ４－９９ ９ ４４０／２ ． ７ Ｏｌ１／２ ９ ４４Ｏ／２ ｌ中支点 ２１ ５７８ ４２ ６ｏ０／２ ４３ ５５３／２ ４３ ５５３／２ ４主墩切割改造顶升过程中的受力分析 ４．１计算假定 对主墩切割改造的受力分析是根据施工过程进 行的。分成４个阶段。阶段１为原始成桥状态；阶 段２为墩柱加粗外包钢板箍；阶段３为切割支座两侧 主千斤顶位置下部的混凝土；阶段４为主千斤顶受力 并切割支座及下方混凝土。 计算模型中对原有结构和新增混凝土部分的钢 筋布置位置作了较精确的模拟。为分析实际可能出 现的开裂及不利情况，在进行线弹性分析的基础上， 进一步确定可能出现的开裂阶段与部位，进而进行了 相应阶段的混凝土非线性分析。从分析来看，非线性 开裂现象出现在主墩切割后的局部应力集中部位，而 边墩的开裂部位则较为明显。 为减小计算工作量，考虑到实际墩柱出现的不利 受力，主要以墩柱进行建模。墩柱与承台接触面按结 点固结考虑。计算过程中，各阶段的荷载均以施工前 ７６ ４．２计算模型 按拟定的施工方案进行计算建模。阶段３和阶 段４两个关键切割阶段的模型分别见图２和图３。 图２阶段３切割支座两侧模型 图３阶段４切割支座模型 在顶升前，计算模型的荷载采用前述整体分析最 不利支座反力作用于支座垫板上。在阶段４，则将等 效的力转换到支座千斤顶下的垫板上。 原有钢筋及钢筋网片，以及外包混凝土增加钢筋 网生成的部分钢筋单元，也在模型中进行了模拟。 ４．３阶段分析结果 上述各阶段的计算结果汇总如表２。其中 、ｙ、Ｚ 分别代表 （横桥向）、ｌ，（顺桥向）、ｚ（竖向）方向上的 应力，Ｐ 为最大主应力，Ｐ 为最小主应力，ｓ为普通钢 中围彳 ｚ 筋应力。 金恩：大跨径连续梁桥顶升过程中的桥墩受力分析 出现开裂的可能。 表２计算应力汇总表 ＭＰａ ５ —３２．Ｏ一 １２．４ —３２．Ｏ～ ｌ２．４ —３２．Ｏ～ ｌ２．４ —４９．６～ ２４．４ ２０１ １年第２期 从主应力分布来看，受承压面积增加，最大主压 应力相应有所降低，但最大主拉应力仍达到 ４．４０ ＭＰａ，根据上面的最大拉应力分布位置与此处最 阶段 ｌ ，， Ｚ 尸ｌ Ｐ３ ３．９７— —６．ｏ４～ —８．５８～ —３ ９～ —９．１７一 １．４３ １．５４ ０．５６ ２．Ｏ１ ｏ．０９ ３．９７～ —６．Ｏ２～ —９．５８～ —３．９～ —９．】７一 １．４４ １．５５ Ｏ．５７ ２．Ｏ２ Ｏ．Ｏ９ ３．９４～ —５．５３～ —８．６Ｏ～ —３．８８～ —９．Ｏ８ １．２５ ｏ．７６ １．４２ １．８２ Ｏ．１９ ２ 大主拉应力位置对比来看，可能影响到施工安全的应 该是ｌ，向的拉应力；而最大主拉应力较大值仍处于切 割边界处局部范围。 ４．４施工方案调整后结果 ３ ４ ３．６８— —５．７１— —８．２４～ 一３．４４～ —８．３Ｏ～ ２ ６９ ２．２９ ３．４ｌ ４．４０ ０．１４ 根据计算分析表明，阶段３切割支座两侧下部的 从计算得到的应力来看，阶段１和阶段２基本没 有变化，可见外包混凝土加粗对原始状态的作用并不 明显。但从阶段３开始应力及分布均开始发生变化。 尤其是在阶段４中，荷载作用位置向外侧移动，使得加 粗部分参与受力。阶段４最大主应力分布情况见 图４。 图４阶段４最大主应力 根据应力分布情况看，阶段４中，在 、ｌ，和ｚ方 向均存在可能引起混凝土开裂的最不利应力分布。 ｘ向（横桥向）位于２块没有切割的混凝土块中， 分布深度约３ ｍ。对照阶段１的应力分布情况，可以 看出这是原始应力状态加上后期切割所引起的应力 重新分布形成的。另有一部分应力集中出现在切割 边界上，主要是切割形成的直角，导致直角部位的应 力集中。因此建议在切割过程中，将此处一并切掉， 以减小应力集中产生的裂缝，在后期与其他截面同时 增加钢筋网和浇注混凝土增高。 在ｌ，向（顺桥向），因为主动千斤顶布置在两侧， 在原支座位置下部的混凝土产生了一定的拉应力。 拉应力值为２．２９～２．０１ ＭＰａ，超过了混凝土抗拉强度 标准值２．Ｏ１ ＭＰａ，其影响深度为１ Ｇｉｌｌ。分布于原支座 中心部位，直径约０．５ ｍ区域并偏箱梁中心外侧。 在ｚ向（竖向）压力作用下，同 向中切割边界的 局部应力集中影响类似，该部分较大拉应力均处于留 下的中间块的切割边处。如果不保留该部分，则不会 混凝土时，空心墩薄壁处保留部分的应力集中明显， 建议将该部分一并切除，将有利于避免旧混凝土开 裂，从而影响到混凝土的耐久性。 为了区别实际的拉应力影响范围，将应力集中出 现的２块未切割方块也去掉后，重新对该阶段进行非 线性分析，以确定非线性变形影响的深度与宽度。结 果表明，在考虑混凝土的塑性变形性能基础上，实际王， 向最大拉应力为１．８８ ＭＰａ，主拉应力为１．９３ ＭＰａ（见 图５），未达到开裂应力，表明结构是安全的。 图５ 】页面最大主应力分布 ５ 结语 １）在阶段３进行切割时，因保留凸起部分切割边 容易导致应力集中明显而出现开裂。建议将支座垫 块问的薄壁部分一并切除，以降低因应力集中导致的 应力不均匀性。实际计算结果也表明，去掉以后应力 分布较均匀，结构并未达到开裂状态。 ２）分析结果表明，在主千斤顶受力时可能出现混 凝土开裂。两侧千斤顶位置受力下沉，导致支座中间 部分的顶部受拉。 ３）在阶段３切割时，原支座尺寸基本与保留的混 凝土面积相当。考虑竖向压应力传递路径，为避免应 力集中和切割边混凝土局部破坏，建议尽量以斜面切 割，且施工条件允许的情况下，将主ｆ斤顶尽量向原 支座中心方向布置。 ７７