某大橋支座損壞的原因及更換方案

某大橋支座損壞的原因分析及更換方案1前言高速公路某大橋通車一年后即出現(xiàn)了部分滑動(dòng)支座損壞嚴(yán)重的現(xiàn)象。應(yīng)業(yè)主要求，我們迅速派人調(diào)查支座損壞情況，組織有關(guān)人員分析支座損壞原因、制定支座更換方案，對(duì)方案進(jìn)行理論論證及內(nèi)力驗(yàn)算并立即組織實(shí)施?，F(xiàn)已將損壞支座更換完畢，目前支座工作狀態(tài)正常。2現(xiàn)狀描述大橋共72跨1344個(gè)支座，其中TCYBF4250×64型384個(gè)，TCYBF4350×64型384個(gè)，TCYB350×64型576個(gè)。大橋于2000年5月份橋面砼鋪裝層施工完畢，10月份瀝青混凝土面層施工完畢，2000年12月份正式通車。2001年12月份在對(duì)橋梁進(jìn)行例行檢查中發(fā)現(xiàn)66#墩左幅護(hù)欄有明顯沉降，橋面(僅緊急停靠帶)有錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，伸縮縫兩側(cè)高差值約為10mm，橋面沒(méi)有任何裂縫。遂于2001年12月4日—2001年12月6日對(duì)全橋支座進(jìn)行普查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)66#墩左幅部分滑動(dòng)支座損壞嚴(yán)重，42#、48#墩部分滑動(dòng)支座有損壞情況。為進(jìn)一步了解支座損壞發(fā)展情況，為更換支座方案的確定提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，2002年4月26日—2002年4月30日對(duì)全橋支座又進(jìn)行了一次普查。從檢查情況來(lái)看，支座絕大部分工作正常，出現(xiàn)損壞現(xiàn)象的都是TCYBF4250×64型，發(fā)生損壞較嚴(yán)重的位置集中位于左幅42#、48#、66#墩伸縮縫處。經(jīng)連續(xù)觀測(cè)，損壞情況沒(méi)有大的發(fā)展。目前66#墩伸縮縫處支座嚴(yán)重開(kāi)裂的有6個(gè)，中度開(kāi)裂的有4個(gè)，輕微開(kāi)裂的有4個(gè)，嚴(yán)重變形成腰鼓狀(未開(kāi)裂)1個(gè)，剩下一個(gè)正常工作。66#墩伸縮縫處錯(cuò)臺(tái)(伸縮縫兩側(cè)高差)現(xiàn)狀為行車道平均8mm，超車道平均5mm，緊急?？繋ё畲笾?位于緊急?？繋膺吘?17mm，平均16mm，呈線性分布，如圖1所示。圖142#、48#墩伸縮縫處支座與66#墩相比損壞情況較輕，而且伸縮縫處錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象不明顯，行車無(wú)明顯感覺(jué)，平均值3mm。具體損壞情況如下：42#墩支座嚴(yán)重開(kāi)裂2個(gè)，中度開(kāi)裂1個(gè)，輕微開(kāi)裂1個(gè)，變形(傾斜)2個(gè)，正常工作10個(gè)。48#墩支座嚴(yán)重開(kāi)裂3個(gè)，中度開(kāi)裂1個(gè)，輕微開(kāi)裂1個(gè)，變形(傾斜)1個(gè)，正常工作11個(gè)。3原因分析現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)束后，我們立即組織有關(guān)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支座損壞情況、設(shè)計(jì)圖紙對(duì)支座進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)支座損壞是因?yàn)橹ё艿郊羟袘?yīng)力超過(guò)支座容許應(yīng)力而造成的。初步確定支座損壞由下列因素引起：3.1施工造成的影響：接到圖紙后，在業(yè)主、監(jiān)理的要求與指導(dǎo)下，我們嚴(yán)格按照?qǐng)D紙及標(biāo)書要求的工藝工法進(jìn)行施工，每一道工序都得到臨理的合格簽證，施工工藝及施工質(zhì)量不存在問(wèn)題。但仔細(xì)分析后，認(rèn)為下列施工允許誤差可能會(huì)對(duì)支座產(chǎn)生不利影響，具體如下：3.1.1鑒于目前施工工藝及技術(shù)，支座墊石上的預(yù)埋鋼板不可能達(dá)到絕對(duì)水平，《規(guī)范》允許偏差為3mm。我們認(rèn)為施工誤差會(huì)造成支座受力不均勻即局部受力，導(dǎo)致應(yīng)力集中。具體計(jì)算如下：取最不利情況，設(shè)支座底板靠近梁端的兩角比另外兩角高3mm。由于施工中伸縮縫處支座采用直接架設(shè)，故邊梁先期恒載完全由四個(gè)支座承擔(dān)，后期恒載及活載橫向分布按照半剛性橋面體系分布，經(jīng)近似計(jì)算，邊梁每個(gè)支座承受重量約為40t，按照簡(jiǎn)化受力圖式進(jìn)行計(jì)算，支座受力暫不考慮大梁縱向滑移影響，橫向剪切力p橫=p豎×Sin(arctg(3／400))，則支座額外承受橫向剪切應(yīng)力τ=p橫／S=p橫／(π×0.1252)，按照p豎=40×9800N=392kN代入，得到τ=59.892kPa。3.1.2支座墊石上預(yù)埋鋼板的不水平直接導(dǎo)致不銹鋼板的不水平，影響到支座的滑移，也會(huì)造成支座受力不均，局部應(yīng)力集中。該抱突此悅箱梁底板預(yù)埋首鋼板的位置精設(shè)確度也會(huì)導(dǎo)致回支座不能按照朱設(shè)計(jì)要求受力允，進(jìn)而造成支晃座局部應(yīng)力集讓中。你格脫仆欲箱梁由于張拉陳起拱、混凝土雹本身彈性模量陷的不均勻性，事或多或少總會(huì)拌發(fā)生輕微扭轉(zhuǎn)桌變形，影響到效底板預(yù)埋鋼板朗位置的精確度洲，進(jìn)一步導(dǎo)致真上一款中所分最析的后果。摩鑒節(jié)夫誦箱梁體系轉(zhuǎn)換冒時(shí)可能會(huì)發(fā)生層輕微扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象寧，進(jìn)一步加劇竄支座應(yīng)力集中毛。絕3.2瀉告支座原材料：蠻克季我們選擇信譽(yù)廁好的廠家進(jìn)貨泡，進(jìn)貨后隨機(jī)磁抽取一組送到夢(mèng)同濟(jì)大學(xué)檢測(cè)疏合格，后又經(jīng)沙業(yè)主、監(jiān)理組診隨機(jī)抽取送檢喘合格后方使用港。而且每個(gè)支鼓座出洽廠都附有合格揉證、質(zhì)保書，棉支座的質(zhì)量是貫有保障的。但棍我們分析后認(rèn)簽為，從概率上幻講，每個(gè)支座維的質(zhì)量情況都誕不可能完全相頑同，即產(chǎn)品質(zhì)浸量具有不均勻死性，正是這種據(jù)不均勻性也會(huì)植導(dǎo)致支座受力旨情況不完全一銜致，造成某個(gè)趁或某些支座受蔥力較大，影響歌支座正常運(yùn)營(yíng)雨。另外，我們娛考慮到整體落晴梁時(shí)由于支座殃彈結(jié)模噸K撐并不完全同，扎據(jù)有關(guān)資料，毒同一批合格產(chǎn)改品彈倍模近E缺最大可相刷差奶4析0訴％，本橋支座否經(jīng)上海同濟(jì)大召學(xué)實(shí)際檢測(cè)兩菌個(gè)支座模量最寶大相幣差帥1倡5梯％，以某片大鮮梁中某個(gè)支座唇比其余幾個(gè)支果座彈?？s大協(xié)1同5嫁％計(jì)算如下：圖2糕如浙圖谷2失所示，為簡(jiǎn)化睬計(jì)算，單獨(dú)研肢究一片梁受豎帖向荷載作用下明由于彈烈模板E沙不同導(dǎo)致的應(yīng)暑力集中情況，床并假設(shè)架梁時(shí)榆支座頂面水平雖。路設(shè)咽E2=E3=響E4=圣E狡，舒則何E1=1.1菠5欺E筐，按照靜力平仰衡及物理變形畢約束條件，憑且舉p1+p2=戲p/聾2瞞可得沙：孤p1/p2=嬌1.1鞏5亭，轟p1=26.境7侮％輔p沫。緞3.3神姓設(shè)計(jì)原因謎么問(wèn)缺帖經(jīng)我們與箱梁誰(shuí)通用圖原設(shè)計(jì)秒單位聯(lián)系，吊30m菊跨徑箱梁原配閱板式支座，但涼此工程套用了碰箱梁通用圖原線圖，卻將板式乳支座改變成球宅冠式支座。而橋本橋縱坡的實(shí)匪現(xiàn)是通過(guò)球冠恒支座頂面高差頓來(lái)完成的，這濁樣會(huì)造成支座呀產(chǎn)敬生額外的剪切押應(yīng)力，支座局努部應(yīng)力過(guò)大，兄造成了支座損曬壞。府本橋最大縱愁坡谷1.摩5飼％，可簡(jiǎn)化計(jì)療算圖式如下仇圖勝3鴿：宋圖3五蛙菜對(duì)單個(gè)支座進(jìn)低行分析，計(jì)算互圖式采用兄圖件4起：削誤圣支座與大梁接聲觸面將產(chǎn)生方講向相反的一對(duì)沈力，大小段為四p×cos智θ踢×sin專θ勁，方向水平?；捎谡{(diào)坡而在胃支座上額外產(chǎn)兩生的剪切應(yīng)力決τ方=p×cos序θ沒(méi)×sin小θ頌／坊(趙0.058x土0.25)=旬7.078k握pa就疏伯例《某大橋施工葛圖紙》規(guī)定伸午縮縫處滑動(dòng)支誘座采腦用艦TCYBF眉4濾250×6歷4紡型，歸而譯TCYBF樹(shù)4弄250×6妖4討型滑動(dòng)支座允猶許壓應(yīng)皆力笨σ新容陵=級(jí)12.5MP脾a行，僅在恒載作掩用下，只考慮閣到支座物理幾勇何因素的差異慘，支座的最大煎壓傻力蕉P=483.桐728k旋N阿。再考慮到活唉載，荷載橫向故分布采用簡(jiǎn)便業(yè)的杠桿分配法允，近似計(jì)算得鼓到活載可能產(chǎn)挖生的最大壓需力烘P=49.0嘆38k摘N奶，則支座承受鞭的壓應(yīng)力在支貝座完全受壓時(shí)鑼?？ˇ因_=10.85寄3MP富a瀉。由于支座形桐式為球冠形，耗球冠高邀6mm桿，具體形式見(jiàn)發(fā)右鐵圖哪5本：圖5凝耕風(fēng)在支座正常工斤作時(shí)，球冠部焦分被壓平與大壯梁底預(yù)埋鋼板倦緊密接觸，則忽支座中心部分險(xiǎn)承受較高壓應(yīng)蝶力，按照虎克小定律，則支座告頂中心部分承拆受壓應(yīng)力河。房σ鏡=胸σ打/64×婚E園，而四周解2cm叛左右承受壓應(yīng)鍬力基本團(tuán)為殼0在。這樣一方面繁造成支座內(nèi)部撞應(yīng)力分布比較辭集中，造成支姨座早期損壞；網(wǎng)另一方面，造油成支座底恐板微(公四氟治板渣)從中心承受壓力機(jī)大，四周承受而壓力小，而四醬氟板的摩阻系瘦數(shù)與所承受的如壓力近似呈反嚼比關(guān)系。在大墓梁因受氣溫等脊因素影響伸縮很時(shí)，支座四周挎的四氟板因與謙鋼板的摩阻系郊數(shù)較大阻礙支因座滑移，使大顛梁的變形全部殖由支座剪切變腫形來(lái)完成，支麻座的剪切變形支容許值只有贊3.36cm矮，而大梁在溫仗度變化播2縱5急℃勢(shì)時(shí)變形量達(dá)到寄6cm題多，這進(jìn)一步感加劇了支座損腿壞。貨煩仆綜上所述，支通座一方面因?yàn)槭瘍?nèi)部應(yīng)力集中鏟，造成支座早怪期損壞；另一使方面當(dāng)大梁因茫受氣溫等因素煤影響伸縮時(shí)，餅支座因?yàn)榛戚^受阻額外產(chǎn)生懲很大的應(yīng)力，金這也是導(dǎo)致支剩座損壞的主要屢原因。鵲4房刊更換方案筐幸適鑒于支座損壞虧狀況，應(yīng)將開(kāi)異裂的支座全部券更換。初步設(shè)擁計(jì)更換方案為蠶：采用小型板競(jìng)式千斤頂放在壤支座邊起頂：誘鳴句擬采用的千斤齊頂規(guī)格尺寸具現(xiàn)體為：疤咸中噸位足：質(zhì)5奏0公噸蜂稠評(píng)平面尺寸：窩75mm槽×l題78mm謀喂餐高度：叔50mm板撈設(shè)行程：頌12mm徒糕鋼支座平面布置床圖為：圖6天千斤頂布置立烈面圖為：圖7趴劑斧在如圖位置千集斤頂，八個(gè)千灌斤頂同時(shí)運(yùn)作批，警將芝4甜片梁同時(shí)頂。筍待彈性束壓縮完成后，認(rèn)即千斤頂受力站均勻后，進(jìn)行捎下一步操作。擋安裝測(cè)量梁體徐升高系統(tǒng)：采郊用在箱梁上固增定坐標(biāo)喜紙壇(掌米格塞紙除)絕、在蓋梁上用凡膨脹螺絲固定旺指示桿，利用師指示桿上固定擴(kuò)的指針相對(duì)于紐米格紙的移動(dòng)寫來(lái)響指示箱梁的起債升高度。如下著圖所示。圖8理賊新根據(jù)目前箱梁紐傾斜狀況，先蔬將箱梁糾正水封平。漂帽頸以暢66驚#傘墩北側(cè)為例：宰煩白目前支座處箱喊梁底板與原來(lái)圍相差數(shù)值為：弊鏟掀現(xiàn)在竿：膠6.26折.16.錘36.1點(diǎn)5.6紛5.5歇4.64與.5遣船依原來(lái)首：鎮(zhèn)6.66賽.66.設(shè)66.6蚊6.6返6.6聲6.66歌.6耕雀讓相差忍：般0.40遠(yuǎn).50.較30.5惠1.0側(cè)1.1塵2.02姓.1怠蹄紐按照線性分布養(yǎng)，計(jì)算各部分熊每次頂升高度禮分布如下：搶賊的由于外側(cè)高差齡比較大，最大肅為躬2.1cm樂(lè)，而千斤頂行用程僅為合12mm擠，中途需用墊朽塊臨時(shí)支撐，賽千斤頂回油后猶墊上墊塊繼續(xù)泰起頂。考慮到愉起頂時(shí)彈性壓妖縮及墊塊的空漸隙、彈性壓縮她，有效行程按秋照在6mm渴考慮。則最外吹側(cè)箱梁需糊要蠟分放4堆次頂升，每次毫頂升高度為：噴卷糊千斤頂編號(hào)鑼：舊12勢(shì)34糾56旺78海第一次室：醬1歪11踢12勢(shì)25械5答會(huì)宏第二次死：岔1虧11錘13乞35市5岸神炸第三次傭：永1歪10罪12吐35帥5言藏旨第四次債：恭1喜21珍23喪35概鞏6爺單己位雖(比mm)緩配飛箱梁糾正水平拉后，采用楔式霧臨時(shí)支座臨時(shí)乎固定，千斤頂涼緩慢回油。再孩用鋼板或鋼片銀墊高千斤頂，乖統(tǒng)一頂升溫8mm宰(女考慮到支座高簡(jiǎn)64mm膏，球冠高癥6mm予)蒸，立即用臨時(shí)包支座加固支撐瀉，取出已經(jīng)損噴壞的支座。根織據(jù)箱梁底板預(yù)培埋鋼板位置確蜜定支座正確位生置并用明顯顏竟色標(biāo)記出來(lái)，霸放上新支狹座橫(書應(yīng)在四氟板上申涂上硅脂板油佩)糠。檢查無(wú)誤后性，拆除臨時(shí)支帝座，千斤頂緩括慢回油，落梁姨到新支座上。飄5藝創(chuàng)操作注意事項(xiàng)舉：團(tuán)5.1只便要采取專人指別揮千斤頂頂升芝，保證每個(gè)千圾斤頂受力均勻宵，嚴(yán)禁出現(xiàn)千正斤頂脫空現(xiàn)象襯。鍋5.2種宜千斤頂回油要簽緩慢，讓應(yīng)力替轉(zhuǎn)移有一個(gè)過(guò)番程。嫌5.3輸凈千斤頂兩次起叔頂要間甜隔待2甜0顛分鐘左右，讓總箱梁中應(yīng)力緩辱慢釋放。結(jié)束語(yǔ)：稍叛蠶某地該類型的統(tǒng)橋在我們隨后穗的調(diào)查中，都都不同程度地存拜在支座損壞的作情況，特別是扮這種球冠支座紫。這種支座對(duì)冤在調(diào)節(jié)和適應(yīng)功箱梁底板澆注還時(shí)造成的局限施性柏(捕底板不拖平蠢)擾上有一定的方渣便，但在受力茫上不盡合理。遠(yuǎn)從我們更換下遣來(lái)的支座來(lái)看餡，支座中心受蠶力大，邊緣受灶力很小。在支槍座滑動(dòng)時(shí)，邊沸緣腥有一個(gè)阻力圈繩，這也是造成免支座產(chǎn)生裂縫捎和損壞的主要閱原因。在支座墻的更換期間，滅我們建議設(shè)計(jì)