简支梁桥装配式施工优缺点（装配式T梁桥整体提升改造关键技术研究）

彭小荡 李海雁都匀公路管理局 安顺高速公路管理处

摘 要：我国当前存在部分跨公路、铁路装配式梁桥，由于性能劣化需拆除新建，而由于受运营线路和改造空间、时间的限制，传统的原位单片拆除单片安装的施工工艺难以适应。本文以贵州省某公铁立交桥为工程背景，提出一种装配式T梁桥整体提升改造方法，具有施工简便快捷、安全性高，对桥下交通无干扰等特点，适用于跨运营线路、桥下空间受限、无法设立支撑装置的公路或者铁路梁桥的更换支座、顶升推移等改造施工，可以为相关工程提供借鉴经验。

关键词：装配式T梁;整体提升;瞬时冲击效应;顶推;移动同步性;

改革开放以来，我国国民经济高速发展，基础建设蒸蒸日上。公路建设高速发展，桥梁数量、总量迅速增加，但由于设计、施工、养护、超载运营等多方面的原因，桥梁安全状况不容乐观。目前桥梁最常用的改造方式为进行部分加固或拆除重建。常用的桥梁加固方法有:桥面补强层加固法、外包混凝土加固法、钢板粘贴加固法、喷锚混凝土加固法、改变结构受力体系的加固法、体外预应力加固法、减轻拱上自重加固法等方法。常用的桥梁拆除方法有:直接破除法、整孔吊装拆除法、搭设支架分层分段拆除法、悬臂分段拆除法、顶升平移拆除法、浮吊分段拆除法、爆破法、综合拆除法等方法。传统的装配式桥梁进行改造时常用单片拆除单片安装的方法，此方法需要桥下净空高，并要进行长期的交通管制，本文以贵州省某公铁立交桥为工程背景，提出一种装配式T梁桥整体提升改造方法，具有施工简便快捷、安全性高，对桥下交通无干扰等特点，适用于跨运营线路、桥下空间受限、无法设立支撑装置的公路或者铁路梁桥的更换支座、顶升推移等改造施工。

1 整体提升方案

(1)工程背景

贵州某公铁立交桥，上部结构为1×14m钢筋混凝土T梁，横向布置6片。桥梁全长29.8m，与沪昆铁路交角90度，沪昆铁路为双线电气化铁路，上下行电气化牵引线距离桥梁的T梁底最近20～30cm。该桥经检测被评定为四类桥，但由于电线紧挨梁板，无法加固，所以需对上部结构拆除、新建。受桥下铁路运营的影响，每天只有一小时的运营天窗可用于施工，拟采用整体式平移的改造方案，不但节约时间，提高工作效率，而且不用切割梁体，混凝土块掉落到桥下的可能性减小，与分体式拆除的方案相比，对桥下运营线路的危害大大降低。

(2)提升系统

采用四根钢管柱作为门柱，同时将桥台两侧横向延长加固，形成钢筋混凝土横梁，以作为立柱的基座;钢管柱顶部横桥向设置端横梁;端横梁顶部为四根顺桥向的纵梁;纵梁上设置有和滚轴式小坦克相关联的移动横梁;梁底下部设兜底横梁，设置与移动横梁相同。移动横梁通过吊杆和兜底横梁连接。

根据场地条件，因无法使用大型起重设备，各组成构件按轻量化、标准化的原则选用，每根端横梁由7根56b工字钢组成，每根纵梁由5根56b工字钢组成，移动横梁或兜底横梁由4根40a工字钢组成，门柱为D=1m钢管柱，壁厚t=0.02m，上下设法兰盘连接。吊杆采用精轧螺纹钢。在滑道钢板上设置滚轮，移动横梁与滚轮相连，以此在滑道上滑动。支架系统平面图、支架系统横断面图分别如图1、图2所示。

图1 支架系统平面图 下载原图

(3)平移系统

梁底铁路空间部分无法直接设置滑道，而完全依赖支架上部的滑道梁体移动稳定性差。为此，将下部支撑与支架悬吊的方式加以结合。将拖拉力作用的平面下移，直接作用到梁体，同时，在梁端一侧铁路运营空间外设置滑道，梁体一端通过设置竖向支撑在梁体下部滑道上移动。在待拆梁体的一端钻孔连接钢丝绳，采用卷扬机作为动力装置带动钢丝绳控制待拆梁体平移出铁路线。在沿移动方向的梁体后端设牵引点，见图3。

图2 支架系统横断面图 下载原图

图3 梁体后端牵引点示意图 下载原图

2 梁体顶推瞬时冲击效应分析

由于静动摩擦力系数不同，为克服静摩擦力需对梁体施加较大的顶推力，而这可能造成梁体由静到动的瞬间产生冲击。

将待拆横梁简化为一个长方体质量块，钢柱及与端横梁省略，四根钢纵梁和滑道(包括滚轮式小坦克)简化为固定不动的两个长方体条状结构，顶部移动横梁简化为一个长方体质量块，该质量块通过两根吊杆与下部质量块相连。如图4所示。取动摩擦系数为0.03，静摩擦系数为0.07和0.15。

由上图可知，整个移动过程为下面待拆梁体匀速移动，移动横梁则为走走停停。当静摩擦系数为0.07时，移动横梁在移动过程中不能超过待拆梁体右端，即移动横梁无法追上下部的梁体，一直处于滞后状态，且吊杆一直向右倾斜。而当静摩擦系数为0.15时，移动横梁在移动过程中能超过待拆梁体的右端，即移动横梁追上并超过了下部的梁体，吊杆也出现右倾—竖直—左倾这样一个过程。此外，上述这两种情况下，梁体吊点应力波动峰值出现的位置也不一样。在一个周期内，静摩擦系数为0.07时，横梁移动到吊杆竖直位置时，梁体吊点应力达到最大;静摩擦系数为0.15时，横梁从移动到初始静止位置时，梁体吊点应力达到最大。

图4 梁体移动简化模型 下载原图

图5 μs=0.07待拆梁体吊点处单元应力、横梁位移、吊点位移图 下载原图

图6 μs=0.15待拆梁体吊点处单元应力、横梁位移、吊点位移图 下载原图

吊杆刚度对冲击效应会带来一定的影响，而实际工程中不可能无限增大吊杆半径，考虑增加辅助斜拉杆，见图7。以μs=0.15，μk=0.03，吊杆半径为3cm时，以拉力控制待拆梁的移动，计算结果见图8。

增加斜拉杆后，在移动过程中待拆梁体吊点处单元没有出现应力突变，冲击效应得到遏制。分析其原因，下部梁体受到的力会通过斜拉杆直接传递到移动横梁，这样竖向吊杆不会出现由于倾斜产生的瞬态惯性运动及弹性波动，故冲击效应大为改善。

为减小冲击效果，考虑在顶推待拆梁体的过程中，在移动横梁后方设顶推顶推装置推动横梁平移。以μs=0.15，μk=0.03，吊杆半径为3cm，对两梁体分别施加相同的位移荷载来进行模拟，见图9。在移动横梁加力顶推之后，除初期1～2s阶段外，待拆梁体应力在移动过程中基本保持不变，梁体冲击效应得到了明显的改善。分析其原因，就初期1～2s而言，由于本次模拟施加的是位移荷载来强制梁体移动，所以在梁体开始移动时，由于由静到动的瞬态变换致吊杆产生弹性波动，不可避免的造成了梁体上吊点处单元应力突变的情形，之后趋于稳定。

图7 增加加斜吊杆后的计算模型 下载原图

图8 设斜拉杆前后待拆梁体吊点处单元应力对比图 下载原图

图9 同步顶推前后待拆梁体吊点处单元应力对比图 下载原图

根据以上分析，在施工过程中采用了提升滑道平整度、在滑道与滚轮式小坦克之间涂抹润滑剂以减小摩擦系数、增设辅助斜拉杆、增设移动横梁顶推装置等措施，以减小梁体顶推瞬间冲击效应的影响。

3 梁体支承边界的差异化对顶推移动同步性影响分析

与建筑物整体提升边界不同，桥梁移动时因中间悬空一端无法在下部设置滑道，只能通过吊杆支承将该梁端滑道上移，梁体一端通过刚性支撑设置于梁底滑道上，另一端与柔性吊杆连接，整体顶推时，存在刚柔两种支撑边界。

(1)吊杆半径对同步性影响

选取两种不同的吊杆半径，在材质等条件不变的情况下仅改变吊杆半径，分别为4cm与1cm时，对比下部桥梁吊点与移动横梁吊点的位移差值变化情况。

图1 0 吊杆半径对上下梁体移动位移差值的影响 下载原图

相同材质和长度的情况下，吊杆半径大的位移差值小。吊杆半径R=4cm时，移动横梁和下部桥梁位移差值最大为28.7cm,R=1cm时最大为32.9cm，位移差值越大，移动的同步性越差，对结构的冲击效应和稳定性势必带来不利的影响。

(2)吊杆与梁体连接方式对同步性影响

吊杆与梁体连接方式可分为吊杆两端刚接、吊杆两端铰接、吊杆一端铰接一端刚接。取静摩擦系数μs=0.15，动摩擦系数μk=0.03，吊杆半径为3cm。三种情况分析结果见图11所示。

图1 1 吊杆与梁体不同连接方式对上下梁体移动位移差值的影响 下载原图

吊杆与上下梁体全部刚接时，位移差值最小，全铰接位移差值最大，一刚接一铰接时位移差值介于两者之间。主要是由于刚性连接时吊杆会传递弯矩，和铰接同等变形时会产生更大的水平力，因此提供相同拉力时刚接的变形更小，上下梁体位移的不同步性将得到明显改善。

根据以上分析，在施工过程中采用了加粗吊杆、增设辅助斜拉杆，将吊杆与梁体方式设置为刚接等措施，以减小顶推过程中上下梁体的不同步性。

4 结论

传统的装配式桥梁进行改造时常用单片拆除单片安装的方法，此方法需要桥下净空高，并要进行长期的交通管制，本文以贵州省某公铁立交桥为工程背景，提出一种装配式T梁桥整体提升改造新方法，给出了提升系统、平移系统等结构组成形式。

在结构平移初期，由于柔性吊杆的弹性波动、静动摩擦的瞬态切换、移动横梁与待拆梁体的非同步性移动等原因，梁体移动产生了冲击效应，且呈现周期性。静动摩擦系数差值越大、吊杆自身刚度越小，冲击越明显。可采用提升滑道平整度、在滑道与滚轮式小坦克之间涂抹润滑剂以减小摩擦系数、增设辅助斜拉杆、增设移动横梁顶推装置等措施，以减小梁体顶推瞬间冲击效应的影响

整体顶推时存在刚柔两种支撑边界，由此导致了下部梁体与上部横梁移动的非同步性。可采用加粗吊杆、增设辅助斜拉杆，将吊杆与梁体方式设置为刚接等措施，以减小顶推过程中上下梁体的不同步性。

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