不中断交通高速公路连续梁桥支座更换与安全监控探究

（北京特希达科技有限公司，北京 100011）

不中断交通条件下桥梁的安全控制是工程技术人员面临的难题。高速公路车流量大且重车多，对不中断交通条件下桥梁顶升更换支座提出了更大挑战。本文重点探讨实现安全快速更换的顶升方法制定、顶升系统选择和高效可靠的安全监控技术，并通过某高速公路连续梁桥支座更换案例进行示范验证。

一、顶升方法

连续梁桥支座更换顶升方式可分为全桥整体顶升、横向同步逐墩顶升和横向同步纵向成比例顶升三类。

如图1所示，全桥同步顶升方案（a）由于是对桥梁整体进行相同高度的顶升（顶升量同为Δha），最大程度地限制了附加内力，对交通运营的影响小。但同时削减了支座对梁体的约束，且投入人力大、设备多，整体成本高。

横向同步逐墩顶升方案（b），也称桥梁局部顶升，采取了沿桥纵向逐墩顶升的方法，顶升量为Δhb。该方法施工面小、设备投入少、经济性好，但桥梁变形大，附加内力大，不适用于连续梁桥。

横向同步纵向成比例顶升方案（c）是将桥纵向相邻几个桥墩进行高度成比例的顶升，各墩顶升量按照其所在跨的跨度Li确定。ζ、η根据跨度计算的折减系数。该方案能够使桥梁平顺过渡变形，但对顶升过程控制要求较高。

连续梁桥约束程度大，细微的变形可能引起较大的附加内力，可采用整体同步顶升，但成本高。因此可考虑通过有限元建模对多跨同步顶升和局部顶升进行比选，流程如图2所示。

图1 三类典型桥梁顶升方案

图2 顶升方案选型流程

二、同步顶升系统

顶升力控制。由于桥梁上部结构复杂、分散布置的液压千斤顶实际负荷存在差异，因此液压同步系统应能够实现各单元压力可调，以适应上部结构荷载。

位移同步控制。在桥梁顶升过程中，须防止梁体扭曲、应力集中甚至造成结构开裂损伤等情况，要求顶升点在负荷不同时能够保持位移同步。并对压力、位移实时监控，保持顶升力受控、顶升过程位移同步。

计算机控制分泵组多点位移同步顶升系统的激光位移传感器的分辨率为0.1mm，同步位移误差可达0.2mm。同时系统利用光纤互联，最长连线距离可以超过5km，适用于大吨位、大跨径或多跨的连续梁桥同步顶升更换支座。

三、施工安全监控

光纤光栅传感监控技术。光纤光栅传感器对应变及温度敏感，可用于支座更换过程中的桥梁结构状况监控。该传感器精度高，传感方式为分布式，可实现支座顶升较小扰动下连续梁桥关键区域的健康状况监控。

无线传感监测。无线传感器在现有传感器的基础上增加信号处理与信号传输模块，并采取电池供能的方式保障其工作。其类型包括无线位移计、无线加速度计等。连续梁桥需监测的部位多，采用无线传感可避免布设长电缆线，从而降低成本、提高监控效率及可靠性。

连续梁桥顶升会在梁体结构产生附加内力，可通过布置光纤光栅应变传感器、无线位移计等设备对支座顶升过程中梁体关键区域进行监控，从而指导现场的顶升施工。

四、工程实例

某高速公路混凝土连续小箱梁桥跨径为8×20m，4跨一联。支座类型为板式橡胶支座，由于出现较严重病害需更换。基于有限元分析该桥选择纵向逐墩、横向同步顶升方案，使用计算机控制分泵组多点位移同步顶升系统实现各顶升点同步顶升，同时实时监测顶升过程梁体结构。

以2号墩顶升为例，结合有限元分析确定了桥梁结构对顶升敏感的部位，对主梁关键区域应变力、横隔板应变力，以及各顶升点的位移进行监测。传感器布置如图3所示。

图3 安全监控传感器布置方案

图4 桥梁2号墩顶升点位移随时间变化曲线

图5 桥梁2号墩顶升点两侧腹板应变随时间的变化曲线

图6 桥梁2号墩顶升点两侧远端梁底应变随时间的变化曲线

图4为2号墩位移监测结果，可以看出2号墩在顶升开始时同步性较好，落梁时的同步性降低。同时1号测点最大位移值明显低于其他两个测点，原因是由于位移计架设时未留出足够的位移量，导致测量结果失真。有线与无线位移计的数据结果吻合程度较好。落梁阶段无线位移计出现一定程度的数据缺失，吻合程度低。

2号墩顶升时箱梁腹板上部的应变变化情况，如图5所示。可发现在顶升点左右8m范围内应变情况基本相似，且均在安全范围内。第三跨的应力相比第二跨较大，可能是因为桥梁支座病害、长期损伤等因素导致实际结构形式并非完全对称。

2号墩顶升时顶升点两侧远端处箱梁底板的应变变化情况，如图6所示。可发现随着测点逐渐向远端支座靠近，梁底受力情况由受压转为受拉，最大拉应变可达60μ ε。因此，对于所分析的连续梁桥，逐墩顶升方案会对远端支座处的梁体产生一定不利影响，但仍在安全范围内。

五、结语

本文提出了基于有限元分析的连续梁桥顶升方法制定流程，通过有限元计算确定3种顶升方法的顶升控制指标，在保证结构安全的情况下纵向逐墩、横向同步顶升方式具有较好的经济性。连续梁桥在顶升过程应保持位移同步，以减小连续梁结构产生的附加内力；计算机控制桥梁分泵组多点位移同步顶升系统可实现多跨连续梁桥同步顶升。光纤光栅传感与无线传感能有效提高支座顶升更换施工桥梁安全监控的效率，降低监控成本，可在类似的更换工程中推广应用。