交通运输工程与信息学报.pdf

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1、交通运输工程与信息学报 第4卷 第1期 2006年3月 Journal of Transportation Engineering and Information No.1 Vo1.4 Mar.2006 收稿日期2005-09-16.作者姓名乔乃洪1965-江苏人江苏汾灌高速公路有限公司工程师 104 公公路路桥桥梁梁板板式式 橡橡胶胶支支座座的的病病害害及及维维修修方方法法 乔乃洪 陈向辉 江苏汾灌高速公路有限公司连云港市 222346 摘 要板式橡胶支座在使用过程中由于设计和施工的原因以及材料老化的原因易发生异常变形开裂滑动支座不能滑动等病害梁底面和支座垫石顶面不水平是病害产生的主要原因用

2、顶升法将梁端顶起调整支座垫石和梁底钢板的水平并更换支座 关键词橡胶支座病害更换支座 中图分类号U445.7 文献标识码A 文章编号1672-4747 2006 01-0104-06 Causes of Plate Type Elastomeric Pad Bearing Failure and the Pads Maintaining of Highway Bridge QIAO Nai-hong CHEN Xiang-hui Jiangsu Fen-Guan Expressway Co.Ltd.,Lianyungang 222346China AbstractFor the reasons

3、of design,construction and material aging,plate type elastomeric pad used on bridge would appear unusual deformation,cracks,glide etc.,in which the unevences of the bottom surface and the top surface of the bearing pads are the main ones.According to these cases,some maintaining methods for them are

4、 discussed in this paper.Key wordsElastomeric pad bearings,diseases,maintaining 0 概 述 桥梁结构中支座是上下部结构的连接点主要用来将上部结构荷载传递到下部结构 容许上部结构在荷载温度变化混凝土收缩徐变等因素作用下自由变形包括轴向伸缩和转动使结构的实际受力公路桥梁板式橡胶支座的病害及维修方法 乔乃洪 等 105 状况符合设计计算图式 保护梁端 墩台帽不受损伤但是由于设计和施工的原因或在正常使用一段时间达到其寿命后支座将出现各种病害造成结构传力受阻梁体受力情况与设计不符极易引发桥梁的其他病害降低桥梁使用寿命甚至危及

5、桥梁安全 近年来在上部结构为组合式部分预应力连续箱梁和简支空心板梁的公路桥梁中多数采用TCYB型球冠圆板式橡胶支座 球冠圆板式橡胶支座是一种改进型的圆板式橡胶支座 其产品设计外形是在圆板式橡胶支座顶部加设高约6 mm的球冠用以适应梁底纵横坡和转动但是这就造成支座中心处承受较高的压应力引起支座早期破坏因此该种支座设计上存在一定缺陷同时施工过程中很难保证梁底面和支座垫石顶面都水平影响了支座的正常使用易发生异常变形开裂滑动支座不能滑动等病害 1 支座病害症状原因分析及处理方案 支座的病害主要表现为脱空异常变形滑动支座不能滑动和开裂等 1.1 脱 空 支座脱空有全部脱空包括缺失局部脱空和被压碎而形成的

6、脱空支座脱空后支座起不到支撑作用直接改变了上部结构的受力状态有的引起箱梁端部横梁砼纵向开裂潜在威胁很大局部脱空还使支座呈偏心受压和局部受压状态 上部荷载作用在支座上的局部应力大大增加极易引起支座开裂变形过大和压坏因此应尽早楔紧或更换支座使其均匀受力 该类病害主要是因为支座垫石和梁底钢板不水平预制梁或现浇接头时在箱梁底设置一块钢板用以调整桥梁纵横坡 钢板上应焊锚固钢筋与梁体可靠连接 并将此支承钢板视作预制梁模板的一部分进行浇注混凝土 梁底钢板在混凝土浇注前定位不牢或不正确致使混凝土浇注后钢板不水平吊装后与支座间出现脱空 处理方案为将支座垫石和梁底钢板调整至水平状态用钢板调整梁底与垫石之间的空间高

7、度同时更换支座 1.2 异常变形 支座在使用状态下 以橡胶的压缩变形来承受上部竖直向荷载 以橡胶的剪切变形来承受上部的水平荷载如超出其剪切变形能力则设置四氟板使其滑动以橡胶的不均匀压缩变形来适应上部梁体的转动因此在汽车制动力温度影响力等水平荷载作用下支座应当有适当的剪切变形有纵向剪切变形和横向剪切变形当变形过大则会引起支座开裂 该类病害大多因为落梁时不够平稳 支座存在较大的初始剪切变形处理方案为更换支座 1.3 不能正常滑动 当四氟板滑动支座其所承受的水平荷载超过橡胶剪切变形能力时 橡胶底的四氟板与其下的不锈钢板之间将发生滑动 从而满足上部梁体水平位移的需要图1所示的不锈钢板已翘起滑动不顺支座

8、下的不锈钢板没有与其支承钢板作连接固定 有的墩顶落有大量的混凝土垃圾不锈钢板锈蚀摩阻力变大支座根本无法滑动引起支座变形过大和橡胶开裂 图 1 不正常滑动支座 Fig.1 Abnormal glide of bearing 处理方案为拆除四周角铁清理墩顶混凝土垃圾更换不锈钢板和支座 1.4 开 裂 支座橡胶开裂是支座病害中较多的一种图2为交通运输工程与信息学报 2006年 第1期 106 典型的支座开裂照片支座出现水平向裂缝缝宽且四周连贯为剪切裂缝还有支座橡胶呈约45度斜向裂缝裂缝宽短且密 图 2 橡胶开裂支座 Fig.2 Elastomeric crack of bearing 除支座橡胶本身

9、的质量原因外 支座橡胶开裂也是支座脱空异常变形滑动支座不能滑动等病害的外观表现下面列出了支座开裂的主要成因 1.4.1 施工因素 设计要求支座顶面和底面应保持水平使之能始终处于水平均匀受压状态但是由于各种施工因素的影响往往难以达到理想状态 1桥梁设计有纵横坡梁底预埋钢板应确保底面水平但根据目前的施工工艺和技术其很难做到完全水平且梁体张拉起拱总会发生轻微的扭转变形影响预埋钢板的精确度 2支座垫石顶面的预埋钢板也不可能完全水平公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000容许有3 mm的相对误差 3支座本身安装时也会有偏差 4组合箱梁体系转换时也会发生轻微的扭转变形 以上几点施工因素造成支座难以处于

10、理想的水平受力状态从而表现为支座脱空倾斜偏歪支座处于受力不均状态 局部应力集中 剪切变形过大超出其承载能力后开裂破坏 1.4.2 支座质量问题 由于橡胶的不均匀性 导致其制造工艺并不能保证支座的性能指标完全一致 而支座的性能指标相差过大也会导致支座受力情况不完全一致 造成某个或某些支座受力较大影响其使用如支座的弹性模量是一项重要的性能指标据相关检测资料介绍同一批合格支座的弹性模量最大相差达40据此推算在同一压力下 受力面积相同的支座弹性变形及由此引起的应力偏差也会很大 从而个别支座受力过大破坏并进一步发生连锁破坏 当然国内支座生产厂家众多生产水平良莠不齐 质量问题也较突出 如采用再生橡胶和劣质

11、钢板少放钢板等等 1.4.3 超载车辆的影响 我国高速公路超载现象普遍存在 实际活载可能会超过设计荷载产生不可恢复的变形破坏 1.4.4 支座垫石的影响 支座垫石施工时标高偏低 施工时在支座顶上垫钢板来调整高度钢板外形尺寸小于支座平面尺寸钢板压入支座的橡胶中支座处于局部受压状态四周出现空鼓现象支座顶面和侧面橡胶开裂组合箱梁纵向湿接头浇注混凝土时漏浆和遗留的模板等其他杂物使支座变形受阻 1.4.5 其他因素影响 支座开裂往往影响因素众多除以上几点外还有人为因素如墩顶残留有混凝土垃圾模板等限制了支座的变形或滑动 处理方案为更换支座 2 支座维修方法归纳 2.1 调整支座垫石和梁底钢板的水平 首要问

12、题是调整支座垫石和梁底钢板水平否则即使是更换了新的支座也不能正常使用使用一段时间后还会产生病害 调整方法为 1精确丈量梁底空间根据梁体的自重和支座的弹性模量计算需要调整的高度 2支座垫石调平如梁底空间高度满足支座厚度只需将垫石调平即可超出支座厚度的部分用加塞钢板来调整但钢板层数不应超过2层如梁底空公路桥梁板式橡胶支座的病害及维修方法 乔乃洪 等 107 间高度不满足支座厚度要将垫石砼凿除至所需高度垫石顶面用环氧树脂砂浆抹平 3梁底钢板调平如梁底预埋钢板底面不水平的要根据埋钢板的倾斜度制作楔形钢板保证梁底钢板水平采用断续焊接的方法连接 2.2 更换支座 2.2.1 支座更换原则 由于各桥各墩支座

13、病害情况差异性较大 为确保桥梁结构安全同时适当控制支座更换规模确定如下支座更换原则 1为了保证各支座共同受力共同工作和其均匀性对各墩1排支座中有1个被压坏或变形过大已不能起到支撑作用的则更换该排全部支座异常变形 不能正常滑动和开裂支座达3个或3个以上的则更换该排全部支座 2空心板梁更换支座型号同原设计型号仍采用TCYB型球冠圆板式橡胶支座 组合箱梁更换支座采用定做的同厚度GYZ型圆板式橡胶支座要选用专业厂家生产的橡胶支座(氯丁橡胶或天然橡胶)且应按照相应规范对支座和支座垫板进行抽样试验 3对正在进行支座更换的一座桥应临时封闭交通禁止重型车辆在桥面上行驶梁体顶升会对伸缩缝和护栏产生不良影响 可能

14、会出现伸缩缝处以及护栏混凝土的开裂同时做好必要的监测监控工作 4桥梁上部为连续结构的梁体顶升时的差异变位会产生上部结构的二次内力 影响梁体结构的安全 要根据计算 确定连续箱梁支座处最大顶升高度否则会引发其他难以预见的病害 5每幅横向各片梁应确保同步顶升和回落这就要求各个千斤顶串联共同用一个油泵同步进油和回油否则同样会引发病害 2.2.2 更换方案以跨径为25 m的组合箱梁为例 支座更换采用特制的超薄型油压千斤顶将梁顶起横桥向各片梁也应保证同时顶起由于上部结构为连续结构梁体顶升将产生二次力顶升高度以梁体不出现过大拉应力为原则 根据计算具体顶升高度确定如下 1更换过渡墩处支座边支承时该支承顶升高度

15、2.0 cm 2更换连续墩处支座中支承时同步顶升该支承和相邻的支承高度2.0 cm 千斤顶的个数和型号要根据所采用的顶升措施和上部结构的重量选取同时要充分考虑结构在顶升中出现的传力不均匀现象 应保证千斤顶的顶起吨位有?2.0倍的安全储备系数并满足施工规范的要求采用的千斤顶规格尺寸具体为 吨位988 t 高度55 mm 行程30 mm 支座及千斤顶顶升平面布置见图3立面布置见图4 图 3 千斤顶布置平面 Fig.3 Horizontal layout of jack 交通运输工程与信息学报 2006年 第1期 108 按如图示意布置千斤顶 千斤顶应作用在箱梁底板位置 如作业空间不够 则预先凿除部

16、分支座垫石并用环氧砂浆调平由专人统一指挥所有千斤顶同时运作将各片梁同时顶起待弹性压缩完成后即千斤顶受力均匀稳定后进行下一步操作 安装测量梁体升高系统 采用在箱梁上固定米格坐标纸在盖梁上用膨胀螺丝固定指示杆利用指示杆上固定的指针相对于米格纸的移动来指示箱梁的起升高度如图5所示应确保顶升高度不超过设计要求 图 4 千斤顶布置立面 Fig.4 Vertical layout of jack 图 5 梁体升高测量示意 Fig.5 Measuring the rise of the beam 2.2.3 支座更换实施步骤 1在全面普查的基础上对每座桥梁应再进行仔细检查支座支座垫石钢板的病害并做好记录和拍

17、照准确了解支座当时的工作状态确定更换支座的准确位置更换支座的型号确定支座垫石或钢板的调平高度并准备合适尺寸的钢板 2顶升前要根据现场实际情况确定施工方式应尽可能利用原有桥梁的桥墩盖梁和桥台进行作业 无法满足操作条件时则需要搭设顶升支架实施作业对搭设支架困难的地方在确保顶升施工安全进行的前提下可根据现场情况采用抱箍法在桥墩上生根支撑但施工必须通过验算后方可实施 3搭设的顶升支架要有足够的强度刚度和稳定性确保在梁被顶起的时候支架不出现倒塌倾斜沉降应小且均匀必要时在支架底设置混凝土基础 4油压千斤顶应保证油路良好各串联千斤顶油压均匀工作状态正常以免在施工过程中出现不均匀顶升 5在正式顶升前应进行试顶

18、操作前应对相关人员进行技术和安全培训通过试顶以消除支撑本身的非弹性变形或沉降在主梁还没有完全顶起时即可停止观察数小时无任何变化后才能开始整体顶升 6在专业人员的统一指挥下所有千斤顶缓慢用力整体顶起梁体使其离开原支座 顶升高度以可进行支座更换作业高度为宜但最大顶升高度不宜超过2.0 cm顶升到位时应立即在梁底和盖梁顶之间设置若干个临时支撑点以增加接触点和面积提高顶升系统的稳定性确保桥梁整体安全 7顶起过程中对梁体湿接缝湿接头等应进行监控观察在顶升过程中各个部位的应力跨中的挠度变化 确保在施工过程中顶升均匀 上部结构纵横向不开裂 8如果支座垫石钢板有病害应在顶起梁体撤走原有支座后进行相应的处治再安

19、装新的支座公路桥梁板式橡胶支座的病害及维修方法 乔乃洪 等 109 对滑动支座还要清洁不锈钢板并注入硅脂油 9支座更换完成后如有支座垫石用环氧树脂砂浆调平的须待环氧树脂砂浆形成强度后方可落梁落梁时要拆除临时支撑将顶起的梁缓慢同步落下落梁时要采取与顶升时相同的保障监控措施 3 结束语 对出现病害的桥梁支座应当及时进行维修并应针对不同的病害程度采取不同的维修措施从而改善结构受力提高桥梁的服务水平延长桥梁使用寿命桥梁支座的更换不能影响桥梁结构的后期受力上部结构为连续结构的更换连续墩处支座要精确计算允许顶升高度否则梁体顶升将产生过大拉应力给结构带来不利影响对病害不严重尚能起到支座作用的尽量少换对更换支

20、座的桥梁和有病害支座要定期观察检查在养护过程中要定期清除支座周围的垃圾对于滑动支座还要定期清洁不锈钢板和涂润滑硅脂油 上接第 103 页 多的对分析结果有影响的大部分主要振型参与计算 本文动力分析模型的建立和动力特性的计算可为同类桥梁的有限元动力分析提供有益的思路 为润扬大桥北汊桥动力测试提供了理论计算数据 参考文献 1 蒲怀仁李三珍宁晓骏.大跨斜拉桥的动力计算模型和动力特性的分析及研究J.昆明理工大学学报200227696-98.2 苏 成韩大建王乐文.大跨度斜拉桥三维有限元动力模型的建立J.华南理工大学学报1999271151-56.3 王乐文韩大建苏 成谭学民.大跨度斜拉桥的动力分析模型

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