CN110453594A

CN110453594A - 一种支撑力可调的桥梁支座更换方法

Info

Publication number: CN110453594A
Application number: CN201910844457.3A
Authority: CN
Inventors: 邓苗毅; 黄亚飞; 刘文猛; 孙大勇; 魏保立; 谷洪亮; 于文杰
Original assignee: Zhengzhou University of Aeronautics
Current assignee: Zhengzhou University of Aeronautics
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN110453594B

Abstract

本发明提供一种支撑力可调的桥梁支座更换方法，与现有的桥梁支座更换方法相比较，本发明的技术优势如下：①本发明方法的支座更换过程中，将桥梁支座实际支撑力值作为支座更换顶升的控制指标，由此可消除因支座更换导致的桥梁上部结构的、不利的次生内力；②本发明方法，采用控制自顶升垫板拉杆拉力的间接技术途径，实现了桥梁支座实际支撑力大小的控制和调整；③在桥梁支座更换过程中，本发明方法可以实现桥梁支座实际支撑力的优化调整，使桥梁上部结构处于最佳的受力状态。

Description

一种支撑力可调的桥梁支座更换方法

技术领域

本发明属于在用桥梁支座的更换方法，具体涉及一种支撑力可调的桥梁支座更换方法。

背景技术

支座是桥梁结构的重要组成部分，是桥梁上、下部结构的传力和连接装置。支座要承受桥梁上部结构的作用力，并且要适应桥梁上部结构梁体的变形( 水平位移、转角) 需要。由于设计、施工或使用养护的不当及支座质量缺陷等原因，使用中的桥梁支座会出现损坏，导致桥梁上部结构梁体不能按照正常的受力状态工作，影响桥梁结构的运营安全。因此，损坏到一定程度的桥梁支座需要进行的更换，以保证桥梁结构自身安全。桥梁支座更换的一般方法为：用千斤顶顶升要更换支座的上部结构梁体、取出原有支座、放置新支座、落下上部结构梁体、支座承受梁体的压力、完成支座更换过程。

现有专利名称为桥梁支座的自顶升垫板更换方法、专利号为ZL 2014108460658的中国发明专利，提出了一种桥梁支座的自顶升垫板更换方法：采用支撑装置支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石；在原支座位置处，层叠放置通过锲形块滑动实现自顶升的垫板和新支座；施加拉力使垫板的锲形块滑动、垫板顶升，新支座升起支撑桥梁上部结构梁体，新支座承受压力；桥梁上部结构梁体升至原标高位置时，固定锲形块，拆除支撑装置，完成支座更换。

上述发明专利采用梁体的“原标高位置”作为“锲形块滑动、垫板顶升”的终了指标，即：在垫板顶升过程中，测量桥梁上部结构梁体的标高，当达到原标高位置时，停止对垫板的锲形块施加拉力、垫板顶升终了。尽管可以采用高精度的标高测量仪器、精确测量梁体的标高位置，但梁体顶升标高位置与其原始位置相比，仍不可避免的存在微小偏差，即支座更换后、桥梁上部结构梁体会产生微小的变形。桥梁上部结构刚度巨大，即便微小的变形，也将使得桥梁上部结构梁体内产生很大的横向或纵向的结构附加（额外）次生内力，导致梁体结构存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是：在桥梁支座更换过程中，对支座实际支撑力的大小进行有效控制，实现桥梁更换支座后、支座实际支撑力大小的优化调整；完全克服已有专利“桥梁支座的自顶升垫板更换方法（ZL 2014108460658）”存在的桥梁支座更换后，上部结构梁体内产生很大的横向或纵向的结构附加（额外）次生内力、导致梁体结构存在安全隐患的弊端。

为解决上述问题，本发明提供一种支撑力可调的桥梁支座更换方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种支撑力可调的桥梁支座更换方法，由以下步骤组成：

① 通过试验标定或力学理论计算，建立自顶升垫板拉杆拉力F和顶升力N的函数关系；

② 根据桥梁结构理论，计算确定桥梁支座的最优支撑力值，即为自顶升垫板的预定顶升力；依据自顶升垫板拉杆拉力F和顶升力N的函数关系，由自顶升垫板的预定顶升力，计算确定支座更换中自顶升垫板拉杆的预定拉力值；

③ 支座更换：采用支撑装置支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石；在原支座位置处，由下到上依次层叠放置自顶升垫板和新支座；采用经过压力标定、可测量压力的穿心千斤顶张拉自顶升垫板上的拉杆，使新支座升起支撑桥梁上部结构梁体，新支座承受压力；当拉杆拉力达到预定拉力值时，固定自顶升垫板的各部件的相对位置，拆除所述支撑装置，完成支座更换。

所述步骤①中，试验标定的方法为：

将经过校准的压力试验机设置在标定试验工作状态，将自顶升垫板放置在压力试验机的上、下承压板之间，并压紧，用经过压力标定、可测量压力的穿心千斤顶张拉自顶升垫板的拉杆，自顶升垫板厚度增加、反顶压力试验机的承压板，压力试验机显示所承受的反顶力，此反顶力即为自顶升垫板的顶升力N；不断增加穿心千斤顶的张拉力，并读取对应的压力试验机显示所承受的反顶力；

记录3组以上的穿心千斤顶张拉力和对应的压力试验机反顶力，对其进行数学回归分析，建立穿心千斤顶张拉力和压力试验机反顶力之间的数值函数关系，此即为自顶升垫板拉杆拉力F和顶升力N之间的数值函数关系。

所述步骤③中，支撑装置位于原支座和垫石的两侧用于支撑梁体，支撑装置具有承受梁体压力的强度和刚度。

所述步骤③中，支撑装置为落地钢支架或若干层钢板配合千斤顶。

有益效果：

与现有的桥梁支座更换方法相比较，本发明的技术优势如下：

① 本发明方法的支座更换过程中，将桥梁支座实际支撑力值作为支座更换顶升的控制指标，由此可消除因支座更换导致的桥梁上部结构的、不利的次生内力；

② 本发明方法，采用控制自顶升垫板拉杆拉力的间接技术途径，实现了桥梁支座实际支撑力大小的控制和调整；

③ 在桥梁支座更换过程中，本发明方法可以实现桥梁支座实际支撑力的优化调整，使桥梁上部结构处于最佳的受力状态。

附图说明

图1是前期准备阶段测量示意图。

图2是自顶升垫板的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是支撑装置支撑住支座上方梁体时的结构示意图。

图5是梁体拆除原支座后的结构示意图。

图6是自顶升垫板更换支座装置时的结构示意图。

图7是更换完成后的示意图。

图8是自顶升垫板的中板所受力的示意图。

具体实施方式

本发明是针对专利名称为桥梁支座的自顶升垫板更换方法、专利号为ZL2014108460658的已授权中国发明专利作出的进一步改进。

本发明提供一种支撑力可调的桥梁支座更换方法，由以下步骤组成：

③ 支座更换：采用支撑装置支撑住桥梁上部结构梁体后，拆除原支座以及垫石；在原支座位置处，由下到上依次层叠放置自顶升垫板和新支座；采用经过压力标定、可测量压力的穿心千斤顶张拉自顶升垫板上的拉杆，使新支座升起支撑桥梁上部结构梁体，新支座承受压力；当拉杆拉力达到预定拉力值时，固定自顶升垫板的各部件的相对位置，拆除所述支撑装置，完成支座更换。上述经过压力标定、可测量压力的穿心千斤顶为成熟的现有技术，在此不再赘述。

进一步地，所述步骤①中，试验标定的方法为：

进一步地，所述步骤③中，如图4-6所示，支撑装置位于原支座和垫石的两侧用于支撑梁体，支撑装置具有承受梁体压力的强度和刚度。

优选地，所述步骤③中，支撑装置为落地钢支架或若干层钢板配合千斤顶。

本发明的方法分为前期准备和现场施工两个阶段，按先后顺序分别具体描述如下：

（一）前期准备阶段：

（1）用钢材制作自顶升垫板，如图2、图3所示，自顶升垫板包括底面倾斜的上板11、顶面倾斜角度与上板底面一致的中板12（锲形块）、下板13和通过螺丝旋进中板12的拉杆14，中板12上横向设有螺孔。自顶升垫板10通过中板12在上、下板11、13之间的滑动，垫板厚度随之改变，实现垫板顶面的升降。自顶升垫板10最大厚度和最小厚度的差值（垫板可升降值）应大于估算新支座受压后的压缩量ht。

（2）建立自顶升垫板拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系。

1. 将经过校准的压力试验机设置在标定试验工作状态，将自顶升垫板放置在压力试验机的上、下承压板之间，并压紧，用经过压力标定、可测量压力的穿心千斤顶张拉自顶升垫板的拉杆，自顶升垫板厚度增加、反顶压力试验机的承压板，压力试验机显示所承受的反顶力，此反顶力即为自顶升垫板的顶升力N；不断增加穿心千斤顶的张拉力，并读取对应的压力试验机显示所承受的反顶力；记录3组以上的穿心千斤顶张拉力F和对应的试验机反顶力N，对其进行数学回归分析，建立穿心千斤顶张拉力F和试验机反顶力N之间的数值函数关系，此即为自顶升垫板拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系（N-F）。上述压力试验机又称万能试验机，为成熟的现有技术，在此不再赘述。

例如：记录3组穿心千斤顶张拉力F分别为10kN、20kN、30kN和对应的压力试验机反顶力N分别为60kN、120kN、180kN，则利用通用的数学回归分析，可得到穿心千斤顶张拉力F和试验机反顶力N之间的数值函数关系为：N=F×6。

2. 根据力学理论，建立力学平衡方程；垫板各板块之间的摩擦力系数采用理论值或试验值，直接计算出来自顶升垫板拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系（N-F）。

例如：根据力学理论，取中板为隔离体进行力学分析，如图8所示。锲形中板的顶面与水平面的夹角为α，上板与中板、下板与中板之间摩擦系数为。中板受到的力有：拉杆的拉力F（水平向右），下板对中板的正压力（竖直向上）和摩擦力（水平向左、），上板对中板的正压力（在竖直面左侧、与竖直面夹角为α、方向向下）和摩擦力（在水平面上方、与水平面夹角为α、方向向左），那么。

不计垫板的自重，由力学平衡原理，可得：

水平方向上，（1），

竖直方向上，（2），

解上述两组方程组（1）、（2），可得：，下板对中板竖直向上的正压力即为自顶升垫板的竖向顶升力N。所以，自顶升垫板拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系（N-F）为：。

当摩擦系数，锲形中板顶面与水平面的夹角时，自顶升垫板拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系（N-F）为。

（3）计算确定支座更换过程中自顶升垫板拉杆要达到的拉力F。

根据桥梁上部结构相关参数，依据桥梁结构（力学）理论原理，按照对桥梁结构最有利的原则，计算出来支座要达到的最优支撑力，即为支座更换过程中、自顶升垫板要达到的竖向顶升力N。根据上一步建立的拉杆拉力F和竖向顶升力N之间的数值函数关系（N-F），由自顶升垫板要达到的竖向顶升力N计算出来支座更换过程中、拉杆要达到的预定拉力F。上述“支座要达到的最优支撑力”的计算是根据现有的桥梁结构分析理论，通过结构计算确定的，为成熟的现有技术，在此不再赘述。

（二）现场施工阶段：

原桥梁支座结构如图1所示。

（1）在桥梁将要更换支座处的桥墩墩顶或盖梁上，用若干层钢板配合千斤顶支撑住支座上方桥梁梁体；或者采用落地钢支架和其它有效方式支撑住支座上方的桥梁上部结构梁体。支撑装置应具备承受梁体压力的强度和刚度。如图4所示，在桥梁上部结构梁体1和墩台2之间设置两个支撑19进行支撑，两个支撑19分别位于原支座3和垫石4的两侧，两个支撑19即为所述的支撑装置。

（2）用风镐或其它破除设备，小心拆除原有支座下方的混凝土垫石。支座上方梁体略微沉降、落在支撑装置上，原来由原支座承担的梁体压力转移到支撑装置上。支撑装置采用千斤顶时，可在拆除垫石前顶升千斤顶，使支撑装置提前承受梁体压力，并在拆除垫石过程中，采用百分表监测梁体的沉降情况，及时顶升千斤顶，保证梁体不发生沉降，或使其沉降量在不造成桥梁上部结构损伤的许可范围以内。

如图5所示，拆除原支座后的状况。在两个支撑19支撑作用下，将原有的原支座3和垫石4拆除。

（3）如图6所示，将新支座20叠放在自顶升垫板10（自顶升垫板10处于最小厚度）上，置入原支座位置。用薄钢板垫在自顶升垫板10下面，使得新支座20尽可能顶紧上方梁体1；也可用薄钢板填充新支座20与上方梁体1的间隙。将穿心千斤顶15穿过拉杆14，顶在自顶升垫板10的上板11、下板13端部；穿心千斤顶15开始工作，拉杆14向一侧（右侧）外拉，自顶升垫板10的中板12（锲形块）在拉杆14的拉力作用下，向上板11、下板13中间的间隙滑动、插入，使得自顶升垫板10上升，新支座20被顶升、承受桥梁上部结构梁体的压力，观测穿心千斤顶15的拉力值（压力值）。

（4）穿心千斤顶15继续工作，自顶升垫板10的拉杆14承受拉力，锲形块中板12继续滑动、自顶升垫板10持续顶升，当穿心千斤顶15的拉力（压力）达到预定拉力值F，即自顶升垫板10的拉杆14拉力达到预定拉力值F时，穿心千斤顶15停止工作；用螺母16旋在拉杆14上，固定自顶升垫板10的上板11、中板12、下板13的相对位置，也可将拉杆14焊接在上板11、下板13上。拆除梁体支撑装置，完成支座更换。更换完成后的状况如图7所示。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims

1.一种支撑力可调的桥梁支座更换方法，其特征在于：由以下步骤组成：

2.如权利要求1所述的支撑力可调的桥梁支座更换方法，其特征在于：所述步骤①中，试验标定的方法为：

3.如权利要求1所述的支撑力可调的桥梁支座更换方法，其特征在于：所述步骤③中，支撑装置位于原支座和垫石的两侧用于支撑梁体，支撑装置具有承受梁体压力的强度和刚度。

4.如权利要求1所述的支撑力可调的桥梁支座更换方法，其特征在于：所述步骤③中，支撑装置为落地钢支架或若干层钢板配合千斤顶。