某立交匝道施工中梁端內(nèi)側(cè)支座脫空的處理方案

某立交匝道施工中梁端內(nèi)側(cè)支座脫空的處理方案

在交叉口的大傾角中，曲線橋通常位于平坦的曲線上，頂部主要采用當(dāng)前的連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。如果底部和支撐結(jié)構(gòu)不正確，很容易分解螺母，尤其是預(yù)測(cè)箱梁。比較早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的如深圳的某匝道橋,平曲線半徑83.5m,跨徑布置35+45+35m,中間為單點(diǎn)支承,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),支座脫空。福建某公路立交橋采用20+7×25+20九跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,僅第一跨位于70.3m的平曲線上,后面通過(guò)兩跨緩和曲線過(guò)渡到直線,橋臺(tái)及5#中墩為雙支承,其余為單點(diǎn)支承,該橋在施工過(guò)程中0#內(nèi)側(cè)支座脫空達(dá)3cm以上。某高速公路樞紐互通G匝道連續(xù)曲線箱梁橋,一聯(lián)8×20m,中間全部為單點(diǎn)支座。該橋主體施工完成后,在施工完第7跨內(nèi)側(cè)護(hù)欄時(shí),箱梁發(fā)生了嚴(yán)重的向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn),0號(hào)過(guò)渡墩和橋臺(tái)外側(cè)支座脫空超過(guò)了10cm。深圳創(chuàng)業(yè)立交橋更是進(jìn)行了兩次加固。最近在浙江一座大型立交的匝道橋中,施工時(shí)也發(fā)生了支座脫空的現(xiàn)象。該匝道橋既與上述橋梁有一些相同點(diǎn),也有不同點(diǎn)。1上部結(jié)構(gòu)、橋墩特點(diǎn)該匝道橋位于半徑600m的平曲線上(比一般發(fā)生支座脫空問(wèn)題的半徑大),典型一聯(lián)的布置為5×25m,橋面寬度13m(比一般匝道橋?qū)?。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,斷面為單箱單室,懸臂長(zhǎng)度3.5m,箱梁底寬6m。箱梁采用縱橫雙向預(yù)應(yīng)力體系。橋墩采用圓形柱式墩,墩柱直徑為1.3m,下接2m厚矩形承臺(tái),基礎(chǔ)為2根直徑1.5m的鉆孔灌注樁。中墩處均為單支座,梁端為雙支座,支座間距4m。該橋采用落地支架逐跨現(xiàn)澆施工,上下部主體于2006年秋季完工。在2007年夏季進(jìn)行外側(cè)防撞護(hù)欄澆注時(shí),發(fā)生梁體晃動(dòng)、內(nèi)側(cè)支座脫空現(xiàn)象。最大脫空高度大約2cm。2解釋各支護(hù)反力原設(shè)計(jì)支承布置形式如圖1所示。用MIDAS/Civil2006空間程序進(jìn)行計(jì)算,考慮自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力、溫度、活載及偏載等作用,得出各支座反力如表1所示。經(jīng)過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)的復(fù)核計(jì)算,發(fā)現(xiàn)在溫度、活載偏載等最不利因素的綜合作用下,邊墩處內(nèi)側(cè)支座產(chǎn)生-433kN的負(fù)反力,確實(shí)存在支座脫空現(xiàn)象。3梁的過(guò)渡墩加固為了消除結(jié)構(gòu)隱患,需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。加固方案應(yīng)遵循“安全可靠、便于操作、工期短、盡量利用原結(jié)構(gòu)”的原則。要達(dá)到以上原則,必須針對(duì)原結(jié)構(gòu)的缺陷原因,對(duì)癥下藥。最初提出以下幾種加固方案:(1)拉大端支座間距。過(guò)渡墩橫向加寬,箱梁端橫梁加長(zhǎng),端支座間距由4m拉大到6m。該方案的優(yōu)點(diǎn)是中間墩可以不改造,只要集中改造過(guò)渡墩處即可;缺點(diǎn)是箱梁端橫梁接長(zhǎng)難度大,過(guò)渡墩改造較復(fù)雜。(2)梁端內(nèi)側(cè)設(shè)拉桿。利用過(guò)渡墩有承臺(tái)這個(gè)有利條件,在箱梁和承臺(tái)之間設(shè)拉桿,以平衡可能產(chǎn)生的傾覆力矩。該方案的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)原理非常明確,工程量也比較少;缺點(diǎn)是構(gòu)造難度較大,拉桿的耐久性也是個(gè)問(wèn)題。(3)所有中間墩均改為雙支座。過(guò)渡墩不變。該方案的優(yōu)點(diǎn)是改造后受力很好,缺點(diǎn)是改造工程量比較大。(4)將一個(gè)中墩改為雙支座。過(guò)渡墩處支承條件不變,只將一個(gè)中墩改為雙支座。該方案的優(yōu)點(diǎn)是改造后受力能達(dá)到安全要求,而且改動(dòng)工程量小。最后選擇方案(4)進(jìn)行加固改造。具體步驟為:(1)將圖1中3號(hào)支座位置處中間墩由原來(lái)的單柱墩改為雙柱墩,充分利用原來(lái)中墩有兩根樁和承臺(tái)的有利條件,在原承臺(tái)上植筋,在原中墩外側(cè)重新澆注兩根直徑為1.2m的圓柱墩,新澆墩橫向中心間距3.5m;(2)安裝梁底預(yù)埋鋼板,在新墩柱頂安裝自鎖式扁千斤頂,頂升梁體,鑿除原墩頂支座,換上臨時(shí)支撐后,落梁于臨時(shí)支撐上,新墩頂面安裝預(yù)制墊石,用環(huán)氧砂漿找平,安放新支座,臨時(shí)支撐卸載,落梁于新支座上;(3)拆除原中墩墩柱;(4)過(guò)渡墩進(jìn)行加固改造。改造時(shí)必須注意先中墩后過(guò)渡墩的順序,以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。同時(shí)在中墩頂升時(shí)注意控制好頂升位移不得大于3cm,以免對(duì)箱梁造成不可恢復(fù)的損害。4加固試驗(yàn)計(jì)算根據(jù)加固方案,對(duì)加固后及加固施工過(guò)程均進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)算。4.1汽車(chē)荷載作用下系統(tǒng)最不利響應(yīng)面試驗(yàn)將上部結(jié)構(gòu)劃分為66個(gè)單元。改造后1、6#過(guò)渡墩為雙支承,支座間距4.7m,內(nèi)側(cè)為單向活動(dòng)支座,外側(cè)為雙向活動(dòng)支座;2、3、5#墩為單支承,支座均為單向活動(dòng)支座;4#墩為雙支承,支座間距3.5m,內(nèi)側(cè)為固定支座,外側(cè)為雙向活動(dòng)支座支座。汽車(chē)荷載按照外側(cè)偏載、內(nèi)側(cè)偏載及中間加載三種方式進(jìn)行加載,取其包絡(luò)值為最終汽車(chē)荷載效應(yīng)。計(jì)算中取系統(tǒng)升溫25°C,系統(tǒng)降溫-25°C;結(jié)構(gòu)梯度溫度,按照橋面板升降溫5°C考慮。各支座沉降按照1cm考慮,由程序自動(dòng)組合取其最不利效應(yīng)參與荷載組合。荷載組合I:恒載+活載;荷載組合II:恒載+活載+溫度組合+支座沉降。4.2組合iii作用下頂階段應(yīng)力及支反力情況主梁截面正應(yīng)力結(jié)果如下(組合I不控制,不再示出):運(yùn)營(yíng)階段在荷載組合I作用下箱梁上緣最大壓應(yīng)力為7.9MPa,下緣最大壓應(yīng)力為7.9MPa,均未出現(xiàn)拉應(yīng)力;在組合II作用下上緣最大壓應(yīng)力為9.8MPa,各墩墩頂位置出現(xiàn)拉應(yīng)力,B16墩頂處最大,其拉應(yīng)力為1.1MPa出現(xiàn)在,其余位置未出現(xiàn)拉應(yīng)力;下緣最大壓應(yīng)力為9.8MPa,未出現(xiàn)拉應(yīng)力,滿足規(guī)范要求。支反力情況如下。從上表中可以看出,在荷載組合I作用下,支座最小支反力出現(xiàn)在1#墩內(nèi)側(cè)支座,其反力大小為535kN;荷載組合II作用下,支座最小支反力出現(xiàn)在1#墩內(nèi)側(cè)支座,其反力大小為450kN。均未出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象。4.3頂升處應(yīng)力增加改造施工時(shí),需要將在中墩處梁體頂升進(jìn)行支承體系的轉(zhuǎn)換,假設(shè)最大頂升高度為3cm。當(dāng)中支座頂升3cm時(shí),應(yīng)力狀態(tài)如下(中間兩道線為改變值)。從圖中看出,中支座頂升后,中支座處(頂升處)上緣拉應(yīng)力增加3.8MPa,下緣壓應(yīng)力增加5.4MPa;次端支座處上緣壓應(yīng)力增加2.3MPa,下緣拉應(yīng)力增加3.4MPa;緊鄰的另一個(gè)中支座處上緣壓應(yīng)力增加2.5MPa,下緣拉應(yīng)力增加3.5MPa。但最終應(yīng)力依舊沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力,最大壓應(yīng)力10.7MPa,離規(guī)范的26.3MPa依然具有較大富余?？梢?jiàn),一個(gè)中支座頂升3cm后,該中支座處反力增加最大,增幅為20%,而次邊支座卸載13%,緊鄰的另一個(gè)中支座卸載15%,其余支座則變化較小。該變化幅度在支座承載力允許范圍內(nèi)。5彎橋工藝分析(1)本文對(duì)一座曲線箱梁支座脫空問(wèn)題進(jìn)行了詳盡分析,提出了只改造一個(gè)中墩的方案,用最少的工程量,獲得最佳的加固效果。為處理同類問(wèn)題提供借鑒。(2)對(duì)于一般彎梁橋,加拿大安大略省公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(OHBDC)中的規(guī)定,即當(dāng)L2/bR<1.0時(shí)可以按直線橋進(jìn)行計(jì)算,是非常適合的。本文中該值L2/bR=