连续T梁同步顶升更换支座的施工监控技术

于心然，陈开群

(1.江苏宁宿徐高速公路有限公司，江苏 宿迁 223800；2.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029)



连续T梁同步顶升更换支座的施工监控技术

于心然1，陈开群2

(1.江苏宁宿徐高速公路有限公司，江苏 宿迁 223800；2.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029)

文章以某大桥同步顶升更换支座为例，围绕桥梁支座更换施工过程中梁体的竖向位移、顶升力、梁体应变(应力)等指标，介绍了在不中断交通情况下，连续T梁同步顶升更换支座施工监控技术，为同类桥梁更换支座施工监控提供参考。

桥梁加固；支座更换；同步顶升；竖向位移；梁体应变；施工监控

0 引言

桥梁建成通车十余年后，板式橡胶支座出现环向鼓凸开裂、四氟板滑脱、滑动支座反置、支座垫石上垫钢板锈蚀等现象，支座已丧失其传力和变形功能，应及时更换。

支座更换的主要实施阶段为：顶升阶段→持荷阶段→落梁阶段。对结构安全产生较大影响的是梁体顶升和落梁两个阶段。在不中断桥面交通的条件下，采用同步顶升系统对梁体进行横向同步，纵桥向逐墩顶升[2]的方案，理想状态下，该方案对结构的受力状态影响较小，但实际施工中，由于许多不确定因素的

影响，会导致结构出现附加应力，致使结构受力状态发生改变，进而导致结构进一步损伤甚至破坏。影响结构受力变化的主要因素有：

(1)桥梁使用一段时期后，下部结构出现不同程度的沉降差，或者在施工期间的超方等，造成结构支座反力分配状况与理论值之间出现偏差，导致理论顶升力与实际所需顶升力不符，将影响各支点位移的同步。

(2)在顶升和落梁阶段，由于顶升设备或顶升速率存在差异，将导致梁体出现相对位移差，过大的位移差会对上部结构产生不利的附加应力。

(3)梁体顶升，伸缩缝处出现高差，在行车反复冲击下，可能会损坏顶升设备，进而影响梁体结构安全。

因此，要求在实施梁体顶升的过程中必须采取严密的监测措施，及时掌控梁体在顶升过程中的状态变化，避免对结构产生二次破环。本文以江苏某高速公路一座连续T梁桥更换支座为研究对象，介绍在不中断交通情况下，对桥梁支座更换施工过程中梁体的竖向位移、顶升力、梁体应变(应力)等指标进行实时监测，确保安全可控，为同类桥梁更换支座的施工监控提供参考。

1 工程概况

某大桥为江苏某高速公路主线桥，位于半径R=10 000m的圆曲线上，桥梁分为左右幅。上部结构为7跨30m预制T梁(每幅有6片T梁)，先简支后结构连续，全桥一联，桥长217m。下部结构为双柱式墩、三柱式台，钻孔灌注桩基础。经查，板式橡胶支座环向鼓凸开裂、四氟板滑脱、滑动支座反置、支座垫石上垫钢板锈蚀。根据《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》(江苏省地方标准DB32/T2172)[1]，该桥支座病害等级评定为2级和3级的占整桥支座数量的50%以上，且每个墩台上均存在3级支座，应将全桥支座予以更换。

2 监控实施

同步顶升更换支座的施工监控主要指标是：顶升力、梁体位移和梁体的应变(应力)，以梁体的竖向顶升位移为主控指标[3]。

主要监测设备：PLC计算机同步顶升系统、百分表、振弦式表面应变计、数据采集仪等。

2.1 顶升力监控

顶升力的监控目的即监控各支点顶升力在计算允许值之内，不能出现异常增大或异常偏低现象。否则，应立即停止顶升，查找原因。

以该桥的左幅第一跨0#台为例来阐述同步顶升梁体更换支座的施工监控。0#台上的千斤顶和临时支撑沿主梁纵向布置，如图1所示。

图1 0#台各支点示意图

梁体顶升总高度为5mm，分5级实施，每级向上顶升1mm。通过同步顶升监控系统监控得到的顶升力见表1，顶升至5mm的监控界面如图2所示。

图2 左幅第一跨0#台同步顶升5.0 mm监控界面图

根据理论计算，0#台上的6片T梁支座的理论支反力(恒载)和最大支反力(恒载+活载)以及分级顶升过程中的支点实际反力与支点理论反力汇总见下页表1和图3。

表1 0#台1#～6#梁分级顶升过程中的支点实际反力与支点理论反力汇总表(单位：t)

图3 0#台1#～6#梁分级顶升的支点实际反力(恒载+活载)与支点理论反力(恒载)图

从表1和图3可以看出，0#台各支点实际反力远小于支点理论最大反力。0#台各支点理论支反力(恒载)之和为289.3t，顶升阶段支点实际反力(恒载+活载)之和最大值为321t，二者差值为31.7t。这个差值理论上就是不中断交通桥面活载在0#台上产生的支反力。监控数据均在容许值内，没有出现异常情况。

2.2 梁体位移监控

在整个顶升(落梁)过程中，在顶升支点附近的相应位置布设位移计，监测上部结构梁体的竖向位移量，保证相对位移差满足设计文件要求。定义顶升前梁体位置δ0=0mm为基准线，每级理论顶升1mm，n表示累计理论顶升nmm，δn表示累计理论顶升nmm时的实际顶升位移，δn-δn-1表示每级实际顶升高度。ψn表示累计理论顶升nmm时0#台各支点最大顶升位移差，Δi表示第i阶段实测落梁位移。

通过对顶升和落梁过程中δn、ψn、Δi等参数的监控，了解梁体位移的变化，指导施工。

位移监控采用PLC同步顶升位移监控系统，通过数据采集仪自动采集数据。位移测点见图4～5。

图4 位移测点断面布置示意图(单位：cm)

图5 位移测点示意图

左幅0#台1#～6#梁顶升过程中通过数据采集仪自动采集。顶升1～5mm各阶段1#～6#梁位移数值见表2～4。

表2 左幅0#台顶升竖向位移数值表(单位：mm)

从表2可以看出，每级向上顶升1mm时误差最大值为0.17mm，5级累计误差最大值为0.27mm，小于容许值(0.5mm)。

表3 左幅0#台分级顶升过程中各支点顶升最大位移差数值表 (单位：mm)

说明：表中ψ1，表示左幅0#台同步顶升至1mm时各支点最大位移差。

从表3可以看出，相邻支点(梁)之间顶升位移差最大值为0.26mm，也均小于容许值(0.5mm)。

表4 左幅0#台顶升及落梁支点竖向位移汇总表(单位：mm)

从表4可以看出，支座更换结束落梁后，在1#～6#梁中，2#梁标高上升最大，为0.26mm；6#梁标高下降最大，为-0.06mm；各相邻梁标高变化差最大值为0.22mm。也均小于容许值(0.5mm)，满足设计要求。

设计采用分级顶升梁体，每级顶升量为1mm，同一墩台各支点顶升位移差控制在0.5mm以内。左幅0#台顶升梁体过程中，顶升至5mm时各支点出现最大顶升位移差，为ψ5=0.26mm(小于容许值0.5mm)。总顶升高度最大值发生在2#梁，为δ5=5.27mm(设计最大顶升高度≤7mm)。5#梁落梁位移最大，为Δ2=5.08 mm；2#梁施工前后标高变化最大，为0.32 mm(升高)。4#与5#相邻梁施工前后标高变化差最大，为0.22 mm(小于容许值0.5 mm)。纵向无偏位情况，所有数据均在监控要求范围之内。

3 应变监测

选择各跨关键断面，通过监测梁体控制截面应力状态，及时发现不均匀顶升对梁体造成的危害，确保应变变化幅值满足设计要求，梁体不出现损伤。

应变监测采用适用于长期应力应变监测的振弦式表面应变计，配套高精度频率采集仪进行现场应变采样。本次采用的读数仪自动按以下公式计算功能，在监控时采用此种读数仪可方便直接读出应变值(即单次测量可直接得到εm=kΔF+bΔT值)，便于及时监测与预警。布设在混凝土结构物或其它材料结构物内及表面上的表面应变计，受到的是变形和温度的双重作用，表面应变计的一般计算公式为：

εm=kΔF+bΔT；

(1)

式中：εm——被测结构物的应变量，单位为10-6；

k——表面应变计测量应变量的最小读数，单位为10-6/F；

ΔF——表面应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

b——表面应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；

ΔT——温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃。

应变监控主要是在顶升、持荷和梁体回落过程中对关键截面进行监控，将实测应变数据与理论计算数据相比较。传感器采用振弦式表面应变传感器。传感器应布置在应力最大处，在顶升0#台时，在第一跨梁体应力(应变)最大处在梁的另一端即1#墩断面的T梁底部。0#台顶升梁体应变检测数值见表5和图6，落梁梁体应变检测数值见表6。

表5 0#台顶升梁体应变记录表 (单位：με)

图6 左幅0#台梁体顶升应变变化示意图

表6 0#台落梁梁体应变记录表 (单位：με)

从表5～6和图6可以看出，最大应变为7με，约0.238MPa，小于按照强迫位移为3mm验算得到的控制应变为10με(约0.34MPa)要求。从图6可以看出，顶升量>5mm时，在梁体上产生的应变(应力)增加明显。

4 结语

(1)桥梁同步顶升更换支座施工监控的主要监控指标是：顶升力、梁体位移和梁体的应变(应力)，以梁体的竖向顶升位移为主控指标。实时监测数据表明，顶升力、梁体位移和梁体的应变(应力)均可实时监测，安全可控。

(2)该桥第一跨0#台持荷阶段总的顶升力是318t，每片梁最大顶升力是58t，均在理论支反力(恒载+活载)以内。若结构受到不正常的约束，顶升力会持续增大，应及时停止顶升，解除约束。

(3)0#台梁体持荷阶段数据采集仪显示的最大顶升位移为5.27mm，最小5.01mm，满足设计要求(≤7mm)。0#台6片梁同步顶升过程中最大的位移差为0.26mm，满足设计要求(≤0.5mm)。

(4)0#台梁体顶升过程中，在第一跨梁体上产生的最大应变为7με，约0.238MPa，小于按照强迫位移为3mm验算得到的控制应变为10με(约0.34MPa)要求。顶升量>5mm时，在梁体上产生的应变(应力)增加明显。

(5)更换支座施工同步进行施工监控，可以及时掌握梁体关键截面受力情况和梁体位置的变化，可提前预警，避免发生施工安全事故。

[1]DB32/T2172,公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准[S].

[2]许崇法，王成明,等.宁宿徐高速公路下草湾大桥病害检测及同步顶升更换支座实施方案[Z].南京：东南大学，2014.

[3]黄研昕，周明华，翟瑞兴.基于实时监控的公路桥梁支座更换技术[J].公路工程，2013(4)：103-106.

Construction Monitoring Technology of Synchronous Lifting for Bearing Replacement of Continuous T-girder

YU Xin-ran1，CHEN Kai-qun2

(1.Jiangsu Ninsuxu Expressway Co.，Ltd.，Suqian，Jiangsu，223800；2.Guangxi Xinfazhan Communications Group Ltd.，Nanning，Guangxi，530029)

Taking the synchronous lifting of a bridge for bearing replacement as the example，and around the vertical displacement，lifting force，beam strain(stress)and other indicators of the beam during the bridge bearing replacement construction，this article introduced the synchronous lifting construction mo-nitoring technology for the bearing replacement of continuous T-girder without interrupting the traffic，thereby providing the reference for the bearing replacement construction monitoring of similar bridges.

Bridge reinforcement；Bearing replacement；Synchronous lifting；Vertical displacement；Beam strain；Construction monitoring

于心然(1970—)，男，硕士，高级工程师，主要从事高速公路桥梁养护管理工作。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.01.009

1673-4874(2015)01-0038-05

2014-12-07