連續(xù)梁橋橋墩糾偏的頂推受力分析

連續(xù)梁橋橋墩糾偏的頂推受力分析

該梁橋位于中國，具有成熟的施工技術(shù)和舒適的行駛方式。連續(xù)梁橋在使用過程中會出現(xiàn)主梁下?lián)?、預(yù)應(yīng)力損失、梁體開裂、主梁及橋墩偏位等病害。其中，橋墩的過量偏位是其中危害較大的一種病害，直接危及到橋梁的安全。因?yàn)檫^大的橋墩水平位移（包括橋墩的縱向與橫向偏位）容易導(dǎo)致橋墩混凝土開裂、橋墩穩(wěn)定性降低等影響橋梁安全運(yùn)營問題。過大的橋墩水平位移影響到橋梁的安全，需要通過安裝頂升設(shè)備和施加頂推力實(shí)現(xiàn)橋墩糾偏。墩柱傾斜因?yàn)樗酵屏Χa(chǎn)生，其復(fù)位只需施加一個(gè)反向的水平推力。為保證結(jié)構(gòu)安全，推力應(yīng)越小越好，只需要橋墩緩慢回位即可。施工過程為：將連續(xù)梁體頂升，解除橋墩頂面摩擦力，使其發(fā)生恢復(fù)性反彈，在梁體與支座之間設(shè)置新的滑動(dòng)面，減小支座滑動(dòng)面的摩擦系數(shù)，從而減小摩擦力，然后再給橋墩施加與傾斜方向相反的水平推力，實(shí)現(xiàn)墩柱的糾偏復(fù)位，使樁頂?shù)钠荒軌蚧鞠?，并將這種狀態(tài)保持。如果橋墩出現(xiàn)裂紋，則需要將裂縫注漿封閉，將橋墩外包混凝土加固。一般而言，為了節(jié)約支架成本和加快施工進(jìn)度，在橋墩安全允許的前提下，可以將豎向頂升千斤頂放置在橋墩頂部來頂升主梁。在主梁頂升后，則在主梁底部安裝縱向和橫向復(fù)位千斤頂來糾偏。在上述施工過程中，梁體頂升是一個(gè)關(guān)鍵工序，涉及到主梁頂升的拉應(yīng)力是否超標(biāo)、橋墩的拉壓應(yīng)力是否滿足要求、橋墩的穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求和復(fù)位千斤頂與主梁的局部應(yīng)力問題。1#橋墩傾斜變位某橋的上部橋跨設(shè)計(jì)為5×16m鋼筋混凝土連續(xù)板橋，全長91m。其中第1、2跨位于圓曲線內(nèi)，第3、4、5跨位于直線內(nèi)，在圓曲線內(nèi)橋面加寬1.4m，第3、4跨為加寬漸變段，最大超高值為8%，橋墩采用雙柱式橋墩，柱中心間距5.4m，柱直徑1.2m，樁基直徑1.5m，墩柱軸線與樁基軸線重合。3#橋墩發(fā)生傾斜變位，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，3#橋墩下游側(cè)立柱頂面沿橋縱向側(cè)偏位84.0cm，橫向向下游側(cè)偏位17.0cm。3#橋墩上游側(cè)立柱頂面沿橋縱向側(cè)偏位82.0cm，橫向向下游側(cè)偏位17.0cm，如圖1所示。由于3#橋墩的偏位最大，且橋墩最高，而4#橋墩則相對較小，故分析時(shí)針對3#橋墩來開展計(jì)算。2防止主梁開裂為了保證梁體整體抬升，須將墩臺各支座下多個(gè)千斤頂同步勻速緩慢頂升，采用位移輔助控制。整體頂升過程中相對位移不得超過2mm。整體頂升需按照步驟分階段進(jìn)行，每一頂升階段中最大頂升位移不得超過2mm，相鄰階段間應(yīng)留有一定的時(shí)間間隔，以供梁體逐步分散轉(zhuǎn)移內(nèi)力以及臨時(shí)支撐的穩(wěn)定，間隔時(shí)間至少應(yīng)有30min以上，以防止主梁開裂。已有研究表明：將混凝土主梁頂升1.5cm不會使梁體開裂，由于該橋是運(yùn)營了8年的板橋，所以其主梁頂升量按1cm控制，低于1cm的話則無法將移動(dòng)滑板放置在橋墩與主梁之間。利用Ansys建立主梁的全橋?qū)嶓w模型，截面與約束等按實(shí)橋的情況進(jìn)行建模分析，按實(shí)體單元進(jìn)行建模。分析3#橋墩的主梁向上頂升1cm工況下的主梁受力。主梁混凝土材料為C30。計(jì)算結(jié)果表明：主梁向上頂升1cm后，除了3#橋墩處的主梁發(fā)生向上位移外，還會對相鄰的橋墩產(chǎn)生影響（主要是2#和4#橋墩產(chǎn)生向上位移），使得其支承力減小，從而產(chǎn)生內(nèi)力重分布，增大3#橋墩處頂推力。3#橋墩處的主梁的最大壓應(yīng)力值達(dá)到2.35MPa，出現(xiàn)在主梁的下緣，3#橋墩處的主梁的最大拉應(yīng)力值達(dá)到1.64MPa，出現(xiàn)在主梁的上緣。雖然最大拉應(yīng)力值小于抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，但在頂升過程中應(yīng)控制頂升速度，加強(qiáng)混凝土裂紋的觀測，防止意外情況發(fā)生。3頂升力作用下的穩(wěn)定性用實(shí)體單元Solid45建立3#橋墩的Ansys實(shí)體模型，分析主梁向上頂升1cm工況下的3#橋墩受力情況。按現(xiàn)場實(shí)測的3#橋墩線形數(shù)據(jù)來進(jìn)行建模。施加在橋墩底部的頂升豎向力為：1.2×（3#橋墩處的支反力+頂升后相鄰橋墩傳來的力+施工臨時(shí)設(shè)備的重量）。通過計(jì)算，3#橋墩處主梁的頂升力按331t考慮，橋墩頂部共計(jì)7個(gè)千斤頂。按最不利工況考慮，此時(shí)墩頂沒有頂推恢復(fù)力。分析工況為同時(shí)考慮橋墩自重和墩頂主梁的頂升時(shí)產(chǎn)生的豎向力（331t）。為了減小墩頂主梁頂升時(shí)產(chǎn)生的豎向力對橋墩根部產(chǎn)生的彎矩值，可以將頂升千斤頂不放置在墩柱頂部截面的中心線上，而是放置在靠近2#橋墩的那一側(cè)，以減小偏心距。在頂升力的作用下，墩頂發(fā)生2.6mm的豎向位移，1mm的橫向位移和24.8mm縱向位移，墩頂?shù)目v向變位有繼續(xù)變大的趨勢。如果將千斤頂放置在墩頂截面的中心線上，則會產(chǎn)生2.5mm的橫向位移和41.6mm的縱向位移。在頂升力的作用下，3#橋墩將會產(chǎn)生0.82MPa的拉應(yīng)力，位于3#墩的下游墩柱的中間；3#橋墩將會產(chǎn)生4.39MPa的壓應(yīng)力，位于3#墩的下游墩柱與橫梁的交界處。對比計(jì)算發(fā)現(xiàn)，減小頂升力對橋墩根部的偏心距，會減小墩頂產(chǎn)生的位移和主拉應(yīng)力。由于頂升的7個(gè)千斤頂除了在墩頂布置2個(gè)外，其余5個(gè)布置在墩頂橫梁上，因此需要重點(diǎn)分析3#橋墩頂部橫梁的變形與拉應(yīng)力情況。在豎向千斤頂?shù)淖饔孟?，千斤頂下的局部拉?yīng)力達(dá)到0.78MPa，橫梁底部的最大拉應(yīng)力達(dá)到0.72MPa；千斤頂下的局部壓應(yīng)力達(dá)到2.31MPa，均滿足規(guī)范要求。為了與實(shí)體單元對比，用Beam188單元建立了3#橋墩的梁單元模型，分析在頂升力作用下的穩(wěn)定性，梁單元模型的兩種工況的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際單元的計(jì)算結(jié)果相比，豎向位移與橫向位移的結(jié)果都相差不大，縱向位移相差5mm，總的來說區(qū)別不大，結(jié)果是一致的。在梁單元模型的分析結(jié)果中，橋墩的最大縱向彎矩位于墩的底部，大小為1.13×106N·m，而橫向彎矩與扭矩的數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)。橋墩作為壓彎結(jié)構(gòu)，其頂推過程中的穩(wěn)定問題是至關(guān)重要的。在頂升力的作用下，3#橋墩的第一階穩(wěn)定系數(shù)為10.777，失穩(wěn)模態(tài)是縱向彎曲失穩(wěn)，滿足規(guī)范大于4的要求。4頂升千斤頂?shù)耐聘呓Y(jié)合連續(xù)梁橋頂推糾偏的實(shí)際情況，利用Ansys分析了在橋墩頂部布置千斤頂來實(shí)現(xiàn)主梁頂升的關(guān)鍵工序，分析了多種工況，得到了以下結(jié)論：(1）考慮了3#橋墩的縱橋向偏位與橫橋向偏位，使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際情況，在頂升力和自重的作用下，墩頂將會增大豎向、橫向和縱向位移，其中墩頂?shù)目v向位移變大最為明顯。將千斤頂在靠近2#橋墩的那一側(cè)，以減小偏心距，可以減小墩頂主梁頂升時(shí)產(chǎn)生的豎向力對橋墩根部產(chǎn)生的彎矩值和墩頂產(chǎn)生的位移值。橋墩的梁單元模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際單元的計(jì)算結(jié)果相比，差別不大。(2）橋墩作為壓彎結(jié)構(gòu)，其頂推過程中的穩(wěn)定問題是至關(guān)重要的。在自重與頂推力作用下的穩(wěn)定系數(shù)大于10，滿