桥梁同步顶升对桥梁结构影响分析

吴桐

（重庆市设计院 重庆 400015）

我国在20世纪90年代建设的桥梁，经过长时间的使用，已经进入到病害高发时期，对桥梁病害进行处理，需要投入较多的维护费用。现阶段桥梁病害中，支座病害对桥梁结构以及安全性影响较大，一般以剪切、变形以及失效等支座形式出现。在对存在病害的支座进行更换时，通常采用同步顶升方法。

1 同步顶升分析

1.1 同步顶升定义

在桥梁同步顶升过程中，施工企业使用PLC控制器，配置位移传感器、压力传感器等组建主控系统，系统会在顶升过程中收集相关数据，对数据进行分析，根据分析结果确定顶升的伸缩量，将伸缩量与桥梁顶升过程同步处理，以此将桥梁顶升到指定位置，随后更换存在病害的支座。为保证同步过程的精准度，通过传感器测量顶升过程生成的位移数据，结合位移数据控制顶升过程。在桥梁顶升操作期间，若未能有效控制产生的位移，极有可能破坏桥梁结构原有的状态，无法恢复到正常状态会影响到桥梁的使用寿命。

在桥梁的每个顶升位置，都应配置一台位移传感器，同时在传感器位置配置一台千斤顶。但是受到施工成本的影响，每个墩柱最多架设2台传感器，若采用同步顶升更换存在病害的支座，即便有效控制顶升误差，但是缺少对同步顶升过程横向位移的控制，无法保证桥梁横向结构保持在良好状态，对桥梁结构产生较大的威胁。

1.2 各类型桥梁同步顶升布置方式

我国采用同步顶升技术更换存在病害的支座时，一般将该方法应用在三种类型的桥梁结构上，分别为箱梁结构、T梁结构以及板梁结构。在下文中会对上述桥梁结构的同步顶升过程进行分析。

2 各类型桥梁同步顶升结构受力分析

2.1 箱梁结构受力分析

某箱梁结构的桥梁进行同步顶升施工时，该箱梁以跨径的方式组成，规格为4×24×9。进入到同步顶升的施工阶段，施工企业将传感器架设在桥梁轴线上，根据桥梁的自重荷载情况，在顶升过程中应控制左右区域的应力，以便保证桥梁主体结构不发生变化。在墩柱的左右两端，距离中心反力点的1m以及1.4m，其他传感器距墩柱为1m时，箱梁截面扭矩变形应力应与反力相同，此时产生的反力会顶升箱梁结构。

在调节箱梁自身产生的应力时，由于箱梁受到内力变化的影响，应增加墩柱的截面，同时将原有的最大有效应力2.46MPa，调整至2.55MPa，此外将板底最大的有效应力3.43MPa，调整至现有的4.47MPa。

在对箱梁所受的内应力进行调整后，墩柱的传感器在同步顶升状态下，上升到指定高度后，此时桥梁所受内应力会变大。此外将桥面荷载控制在稳定状态下，施工企业应采用单点控制，联合多个千斤顶进行同步顶升，既能保证桥梁结构不发生变化，还能避免顶升过程出现较大的误差。

2.2T梁结构受力分析

在对某T型量结构同步顶升过程进行分析时，该T型梁跨度为20m，横向跨度为8.6m。在桥梁的边梁结构上，会配置防撞墙等结构。在进行同步顶升施工时，使用过个液压千斤顶，在每个梁结构的下端，利用传感器测量顶升位移。此外在原支反点处，将相对高程差保持不变，每个顶升位置产生的应力不同。由于每个桥墩中心位置配置一个位移传感器，在千斤顶作用下会产生相同的顶升力，调整桥梁结构的变形过程，将顶升力与反力保持在相同状态。

在T梁结构的边梁上，产生较大的重力会增加结构承受的内力，T梁原有的横膈主梁应力为0.43MPa，会上升至0.75MPa，顶板原有承受的剪应力，从0.18MPa，上升至0.37MPa，在T梁结构中的横梁内力发生变化后，桥梁整体均保持在稳定状态。

在T梁结构下配置传感器，通常在每个桥墩位置测量位移的变化情况，若桥梁的顶升高度出现的误差控制在0.1mm以下，即便结构内产生较大的应力，仍然会在材料所承受强度下保持稳定状态。在T梁结构的桥梁进行顶升施工时，若保证桥面荷载不会出现较大的变化，利用单点控制法，配合使用多各千斤顶共同进行同步顶升施工，会使桥梁结构整体不发生变化，避免桥梁结构存在安全隐患。

2.3 板梁结构受力分析

在对板梁进行同步顶升施工时，该板梁桥梁跨径为10m，横跨为5.5m，在桥梁轴线上架设传感器，在铰缝位置架设千斤顶。此外在边梁一侧位置架设千斤顶，千斤顶对桥梁产生反力时，利用相近控制原理控制顶升过程，使板梁的各个顶升点产生的反力，在产生强迫位移的同时，还会有效控制桥梁的整体状态。

该板梁一边产生较为明显的重力，在出现强迫位移时，会增加铰缝出的主拉应力，由原有的0.39MPa，变成0.53MPa，在铰缝处产生的剪应力，由原来的0.46MPa，变成0.52MPa，根据板梁的铰缝处产生的内力变化可知，在板梁应力增加过程中，板梁结构仍保持在较为稳定状态。

在板梁进行同步顶升施工时，墩柱位置配置一个传感器，其他位置配置多个千斤顶进顶升，会将桥梁横向位移产生的误差控制在0.05mm以下。但是该板梁截面宽度较小，在横向位置处产生较大的刚度，会影响到板梁的内力。此外该板梁为铰缝结构，在增加拉应力过程中，铰缝处的混凝土粘结强度为0.5MPa时。

3 顶升控制要点

在对桥梁进行同步顶升施工过程中，为避免对桥梁原有结构状态的破坏，需要将顶升的高度控制在合理的范围内，同时施加相同的应力，使桥梁结构受力变化在可控制范围内。所以顶升控制的要点，应保证施加应力不发生变化，同时选用型号形同的千斤顶组建完善的顶升系统，并且对千斤顶的配置方式进行分析，保证顶升过程不会出现波动，从而影响到桥梁结构。

在相对完备的条件下，应增加传感器的数量，对每个顶升位置进行测量，包括顶升距离以及横向位移，使桥梁的上下区间的位移与左右区间的位移控制在合理的范围内。此外还应选用合适的千斤顶，依照顶升力原则、选型原则、左右对称布置原则以及同步顶升原则完成顶升施工：①顶升力原则，按照桥梁自重的40%~80%，将顶升力控制在该范围内，一方面保证顶升过程的安全系数不发生变化，另一方面精准控制顶升力；②选型原则，建立相同油路的液压顶升系统，使用相同型号的液压千斤顶；③左右对称布置原则，相同的液压千斤顶会产生相同的顶力，在相同顶力作用下，桥梁结构上升的距离以及水平位移的距离会控制在相同的距离内，避免桥梁在顶升过程受到应力变化，导致结构发生变化；④同步顶升原则，在桥梁顶升过程中，通过传感器的测量控制桥梁位移的变化。

4 结语

综上所述，桥梁在同步顶升施工过程中，应对不同类型的桥梁结构进行分析，根据不同类型桥梁结构特点，合理布置传感器和千斤顶的数量，将桥梁顶升过程产生的误差控制在合理的范围内，以便有效控制桥梁所受应力，避免桥梁结构发生变化。