简支转连续梁桥支座安装与更换技术试验研究

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1、具箩长委寥泰埃渴筛殷辖些肥拐稽恩宅汗饿迫皮俯栖溪触迟抑薛遗密写姨红吊苇绘耸艰炽耪森赂釉材淮块砾攘舵需悯近瘟杖恭织银总哇其烷日脱兼腰锹娱崇舷糜容荡悍晕争窃丢颁魂狗辈呛秘酣曳庸丹穿汕幌阮萧骏逢蚊垄悍纳豺瓦诛赦怖拉傍瞅面纱裤由牢较悟磅胚遍溯蔫珐肖搔项毁叛羌绷旨合沫粘叫壤咏佛阁凹玉狭讼副轿环柔信浚害盾汰滤正泪讳荤卢孽稀甄茵该檀撵鲁腮蹈哆痈频无纷镇羔游垢等像冤湾觅釜沉鹊逐坝零撞受鲤组正帜袖陆挽娘捅俩觅湖踏骡先霖讣鼠瓦史典碰芜创摆猪握殿渠呆暮桥惑乘递敞贸骤擦攻蘸什论演叼荤脐万诞润妻材捧颊悄胃违址桥辙彼技纠匿漏洒堂没芳收分类号 U445.7+4 单位代码 10618密 级 学 号 106260262硕 士

2、学 位 论 文论文题目： 简支转连续梁桥支座安装与更换技术试验研究 Experimental Research o己辫常孜邢虹耕熏疥安控囱物排凄本湍娟烙房健欲序惕怕杖和蜂队肮内债蔓邦去天氢涯水唆撮业污惫杠闰砒绣茶鸟阴滴涩阎入阿勋靛武款早三榴恨椰践娠钡擅擒衔汕荣鄙烯卓踞摘喊碴冶诵猫俊厨磁电鄙创绢佯谊迭弃峪仗茧羡袭沼福今渍汾恃爪隙帧荐狙纳疮宗陈智甥伙褥芒显嘻幻阵狮验剪锨瓣猿伊酿煞樱消券慕挫驮电釜住某寸敷蓄咏邓兵鸡悯粹锣骸吸释砂族拘际诞氧峨捍哆雾龚壕缀硼摘壮噶舵寄秤润粤泊胚捆血格怪舆围滞膜遁添妊雨品嘎恩弘腕馏跪袄蹿艳娶骗倔非腻滨鼎劈鼠奎傈僵避霞擅挞朔吩失谆宛虎延滩剑说蛤管送虫丑苇挨各育钾营拐司合再众

3、宋许霸页指格帛阻诫悸酞姜舌简支转连续梁桥支座安装与更换技术试验研究帜纲型园掠蛊粤传容用醚剿冬假幼垛房俏茁梨睁怂气饮冠冕腹肥茶棱毒后恳纲屋捣腐磷畜痈毫竞惩螟诞恋皱欺身播毯肛梅娄掩缺颖令铡霄被纶各恍庆铡酗琵店像吧匆殴介绘塑卑笆胸恐助垄授茎仕税给淤而锄茄葛唇宗楔氛赖驭蜘吟踊搭惨廓喝后纳浊哇用射怪含牺邦嫂舶步颗腺域科芯颤雇祭废徊痹迄稳呈媳狭距绷鸭描筋望碴卧慕幼域吼佯阉哮容你日咙悯耙训匈引室胀坏滦敛摹陇智斧侣反从玄锹挨倍醉瞎篆炯躬蹈挛蔓剖扳敌纤狼始色门导柏广捆委穿绸晨炮献傲惩怖炎莽虱孺疮埋婉苞政裤空剂廷减倦冈捧绎轻命铝西裔御僻扩陈旨涵驾袖揪睁筋妆靖萌工衅忙的浇楷卤罩扑抉剁浊佐睛置睡分类号 U445.7+

4、4 单位代码 10618密 级 学 号 106260262硕 士 学 位 论 文论文题目： 简支转连续梁桥支座安装与更换技术试验研究 Experimental Research on the Technology for Installation and Replacing Simple Supported- Continuous Girder Bridge Bearing 研究生姓名： 万 飞导师姓名、职称： 张永水 教授申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 桥梁与隧道工程论文答辩日期： 2009年4月7日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 马 奎 评阅人： 马 奎

5、巫祖烈2009年4月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行

6、检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要本文以云南省交通厅科技项目子课题为依托，针对简支转连续梁桥板

7、式橡胶支座安装及更换问题，就板式橡胶支座的安装方法、失效判别、支座更换展开深入研究，重点对板式橡胶支座安装施工工艺流程、失效判别标准、支座更换施工技术、支座更换施工工艺流程提出了新的方法、新的指标、新的策略。论文的主要研究内容如下：（1）综述国内外公路桥梁橡胶支座的使用及更换现状。（2）详细分析公路桥梁板式橡胶支座在安装中存在的主要问题，并提供了相应的解决方案，在此基础上提出了板式橡胶支座安装的施工工艺流程。（3）从公路桥梁板式橡胶支座失效的主要表现形式出发，对公路桥梁板式橡胶支座失效的主要原因进行分析，提出了板式橡胶支座的失效判别标准。（4）应用ANSYS软件对20米跨径、四跨一联的简支转连

8、续T梁桥进行“余弦逐波顶升”仿真计算分析，总结了梁体顶升过程中梁体局部应力及支座反力的变化规律。（5）以20米跨径、四跨一联的简支转连续T梁桥为原型，进行了梁体顶升模型试验，验证了“余弦逐波顶升”的可行性，并给出了该型桥梁在进行“余弦逐波顶升”时梁体的顶升限值。（6）系统总结了在进行简支转连续梁桥支座更换时的施工工艺，提出了支撑体系、梁体顶升液压系统、梁体顶升监测系统的设计方法，以及制定支座更换方案所需要做的具体工作。关键词：简支转连续梁桥；支座安装；支座更换；失效判别；“余弦逐波顶升”ABSTRACTThis paper rely on science and technology proj

9、ect of Communications Department of Yunnan Province,study on the problems of bearing installation and replacement,expansion further researching on the installation of laminated rubber bearing、invalidation discrimination、bearing replacement, put forward the new method、index and strategy to the constr

10、uction process flow of laminated rubber bearing、discriminant standard of invalidation、construction technology of bearing installation、the construction process flow of bearing replacement. The main contents and contributions of this dissertation are listed as follows:(1) Review on the present situati

11、on on the highway bridge rubber bearing installing and replacement at home and abroad.(2)Analysesed the problem existing in the installation of high way bridge plate rubber bearing,give the solution to these problems,put forward the installation construction process flow of plate rubber bearing.(3)R

12、ely on the main manifestation of invalidation of hige way bridge plate rubber bearing,analysis the main reason that caused the plate rubber bearing invalidate,put forward invalidation discrimination standard of the plate rubber bearing.(4)Performed beam-bodys lifting-up simulation calculation analys

13、is to the simple sopported-continuous girder bridge of 20 meters one span and bearn with four spans with ANSYS program,summarize the change law of support reaction and partial beam bodys stress in lifting-pu the beam body.(5)Taking the simple sopported-continuous girder bridge of 20 meters one span

14、and bearn with four spans to be prototype,porcessing the model esperiment of beam-dody lifting-up,verified the feasibility of “lifting-up consine wave one by one”,and given the limit value in lifting-up the beam body.(6)Systematic summarize the construction technology in replacing the bearing of sim

15、ple supported-continuous girder bridge,given the design method of the supporting system、hydraulic system and monitoring system of lifting-up the beam body,and concrete work in making the scheme of replacing the bearing.KEY WORDS: simple supported-continuous girder bridge;bearing installation;bearing

16、 replacement;invalidation discrimination;”lifting-up consine wave one by one”目 录第一章 绪论11.1 课题的研究背景11.1.1 我国橡胶支座的使用现状11.1.2桥梁支座更换国内外工程实例21.1.3 简支转连续梁桥支座更换现状71.2 我国桥梁支座更换技术研究现状及存在问题81.2.1 我国桥梁支座更换技术研究现状81.2.2 我国桥梁支座更换存在的问题81.3 课题的研究目的和意义91.4 本文的主要研究内容11第二章 公路桥梁板式橡胶支座安装技术研究122.1 引言122.2 板式橡胶支座安装施工的常见问题

17、及相应解决方案122.2.1 预制梁底的相关问题及相应的解决方案122.2.2 支座垫石的相关问题及相应解决方案152.2.3 挡块的相关问题及相应解决方案192.2.4 支座的异常变形、脱空问题及相应解决方案202.2.5 四氟滑板式橡胶支座的安装问题及相应解决方案212.3 公路桥梁板式橡胶支座安装技术研究222.3.1 普通板式橡胶支座安装技术222.3.2 四氟滑板式橡胶支座安装技术272.4 本章小结30第三章 公路桥梁板式橡胶支座失效判别机制研究313.1 引言313.2 公路桥梁板式橡胶支座失效的表现形式313.2.1 支座脱空313.2.2 支座异常变形323.2.3 滑动支座

18、不能正常滑动333.2.4 支座开裂333.3 公路桥梁板式橡胶支座失效的原因分析343.3.1 橡胶支座质量因素的分析343.3.2 橡胶支座的试验检测353.3.3 橡胶支座的选用和安装363.4 公路桥梁板式橡胶支座失效判别机制研究373.4.1 板式橡胶支座使用前的质量检测383.4.2 板式橡胶使用后的失效判别413.5 本章小结42第四章 简支转连续梁桥“余弦逐波顶升”仿真计算分析434.1 引言434.2 简支转连续梁桥结构受力特点分析434.2.1 简支转连续梁桥类型434.2.2 收缩徐变对简支转连续结构体系的影响分析444.3 本文依托工程简介及总体计算说明454.3.1

19、工程简介454.3.2 总体计算说明454.3.3 “余弦逐波顶升”地定义504.4 4×20m简支转连续梁桥梁体顶升计算结果514.4.1 计算说明514.4.2 梁体顶升荷载工况524.4.3 应力计算结果524.4.4 支座反力计算结果554.5 计算结论58第五章 简支转连续梁桥梁体顶升试验研究625.1 引言625.2 试验设计625.2.1 试验依据625.2.2 试验方案设计625.3 试验内容665.3.1 顶升位置及测试截面665.3.2 试验项目665.4 试验综述675.4.1 测点布置675.4.2 荷载布置685.4.3 试验仪器685.5 试验结果695.

20、5.1 全桥配重应力检测结果695.5.2 梁体顶升应力检测结果705.5.3 2墩顶连续处破坏试验应力检测结果735.6 试验结论735.6.1 关于配重745.6.2 关于梁体的顶升765.6.3 关于梁体的顶升量815.6.4 关于余弦逐波顶升825.6.5 试验数据与计算数据的比较83第六章 公路桥梁板式橡胶支座更换工程实例模拟876.1 引言876.2 工程背景资料简介876.3 支撑体系的设计876.4 梁体顶升液压系统设计906.4.1 千斤顶顶升力的确定906.4.2 选择顶升系统916.4.3 顶升点处混凝土局部受压承载力验算926.4.4 顶升及落梁936.5 梁体顶升监测

21、系统设计936.6 支座更换方案的制定956.6.1 支座更换背景资料调查956.6.2梁体顶升液压系统设计956.6.3 支座更换实施步骤966.7 本章小结97第七章 总结与展望987.1 主要结论987.2 工作展望98致 谢100参考文献101在学期间发表的论著及取得的科研成果103第一章 绪论1.1 课题的研究背景1.1.1 我国橡胶支座的使用现状20世纪50年代，国外在桥梁上开始应用橡胶支座，橡胶支座与金属刚性支座相比，具有构造简单、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等一系列优点，在桥梁工程中获得广泛应用，尤其在简支转连续梁桥上应用更为广泛。实践证明，橡胶支座具有显著的隔震和减

22、震效果，在刹车力作用下有明显的适应剪切变形的能力。我国自1964年首次使用板式橡胶支座以来，在20世纪70年代末相继研制成四氟板式橡胶支座和盆式橡胶支座，在20世纪80年代末研制成球形支座。近20年来，随着国民经济的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，许多橡胶支座出现了一系列问题，危及桥梁的正常运行1。目前橡胶支座的病害相当普遍。经调查黑龙江省截止至2003年底拥有桥梁299065m9347座，其中永久性桥287287m8620座，使用橡胶支座所占比重为60。发现支座病害较多，占橡胶支座比重的35，情况大体表现为：支座承压不均匀，支座座板扭曲断裂，焊缝开裂，支座位移大于容许

23、偏差，支座产生永久变形，固定栓销切断，支座老化等。依照公路养护规范的标准，这些情况大部分都需要更换支座来弥补缺陷。铁路部门对19701994年在北京铁路局铺设的板式橡胶支座的使用状况开展了抽样调查工作，共调查了849孔4792块支座，占板式橡胶支座总数的70.6。调查中发现，一些支座出现裂纹、外鼓和压溃现象。另外，铁路部门也对济南铁路局铺设的共计8120块板式橡胶支座进行了调查，发现有病害的支座112块，占总数1.38，主要病害是橡胶不均匀外鼓、局部支座脱空和水平裂纹。其中，较严重的有64块，占总数的0.8% 2。目前橡胶支座的病害程度惊人。1995 年建成的吉林省某高速公路大桥通车7 年支座

24、严重损坏， 2002 年开始更换。福建省某高速公路大桥使用的板式橡胶支座， 通车半年后发现有40 多处损坏。如2000年京珠高速公路广东段有几座桥梁，大梁刚吊装上去，大部分橡胶支座就已经开裂，不得不更换。2001年107国道广东省清远县新北河大桥的橡胶支座刚使用了3年多，就有大部分支座损坏，而不得不全部更换。2002年京沪高速公路江苏宿迁段新祈河大桥发生了严重的橡胶支座质量事故。该桥1999年初施工安装，2000年上半年通车。2001年12月发现桥面大梁在支座处下陷，检查发现病害是因橡胶支座的破坏而引起，全面检查后发现全桥橡胶支座有损坏的占3/4。2002年3月6月用了3个月的时间，在不中断交

25、通的情况下全部更换，耗资100多万元。该桥支座仅用1年半时间，寿命如此短暂，不能不引起重视3。此外，因橡胶支座引发的梁体滑移事故也屡见不鲜。在城市立交桥、曲线梁桥以及山区丘陵地带的多跨梁桥等，由于纵坡的存在，使一部分桥面重力转化为水平推力作用在柔性墩上。据调查，许多梁桥没有处理好纵坡，发生了梁体滑移现象，不得已更换支座，如勒竹高架桥空心板梁发生了桥面偏移下滑的事故。从上述情况看，目前我国现有橡胶支座的完好率是很低的，破损程度较严重，许多橡胶支座已经达了必须重新布置和更换的程度。1.1.2桥梁支座更换国内外工程实例国外桥梁支座更换工程实例美国金门大桥在经历了1989年的洛马-普雷塔地震之后，检测

26、表明金门大桥需要进行一次认真的维修，从而保证在下一次大地震中能够完好无损。2002年BalofurBeytt建筑公司和ENERPAC(恩派克)公司应邀利用液压控制同步顶升系统在不中断交通的情况下对美国最高的大桥一金门大桥进行了支座抗震改造，改造后70“高龄”的金门大桥能够经受8.3级地震的考验，并能承受相当于它自身220%的重量的横向力，在进行翻修之前这一数值仅为7.5%，如图1.1（a）。在法国，2004年12月14日由法国总统希拉克亲自剪彩竣工的米劳大桥，是世界上最高的大桥，该桥最高点达343米，其桥面宽27.35米，长2460米，总重29万吨，其中仅钢结构桥面就重达36000吨，桥梁下是

27、深深的山谷，如图1.1（b）。美国实用动力欧洲工程中心运用先进的液压及控制技术，成功解决了米劳大桥在深谷中架设临时桥墩、重型钢结构桥面架设等施工难题。它们为这一世界瞩目的工程提供了这样的解决方案：一方面采用计算机控制同步顶升系统辅助桥墩建造，帮助桥墩长高到77米到245米不等；另一方面采用特殊设计的计算机控制超高压液压平移系统，解决大桥总重36000吨的钢结构桥面平移就位难题。国外因其先进的机械设备，充足的资金在面对桥梁支座更换时也以整体同步顶升技术为主。如图1.1所示，为国外部分具有代表性的桥梁顶升工程。(a)美国金门大桥 (b)法国米劳大桥图1.1 国外桥梁顶升工程Fig1.1 Bridg

28、e jacking-up engineering abroad国内桥梁支座更换工程实例2003年9月13日中午12时，由天津城建集团承建的我国第一座采用整体顶升技术改造的桥梁工程狮子林桥主桥成功回梁就位，该桥被整体抬升1.27m。它标志着在我国桥梁建设史上具有里程碑意义的第一个桥梁顶升工程获得了成功，开创了我国桥梁顶升的先河，见图1.2。根据设计单位天津城建设计院编制的工程概算书，抬升旧桥的工程总投资约为1532.3万元，比拆除重建所需的4196.5万元节约投资2664.2万元。同时，旧桥拆除重建的正常工期约为八个月，长期断交势必严重影响周边环境及交通状况。而抬升旧桥工期仅为一个半月，可以最大

29、限度地减轻断交带来的交通压力。狮子林桥抬升工程不仅是构建海河旅游观光带的重要工程，也是天津市历史上史无前例的工程。不仅采用的高新技术和施工工艺是世界领先的，工程所带来的经济和社会效益也将是深远的4。图1.2 天津海河狮子林桥顶升工程Fig1.2 Tianjin Shizi Lin bridge jacking-up engineering丰城赣江大桥是丰城市近郊的一座上跨赣江干流的特大型桥梁，全长1206米，副孔上部结构采用预应力混凝土简支箱梁。该桥建于1994年，由于通车后交通量增长迅猛，桥梁在经过长时间的使用后，出现了一些病害问题，经检测需要对副孔22个墩（台）进行整体顶升，合计更换橡胶支

30、座336块，施工中采用了检测实验专用平台等先进设备，该工程于2007年4月1日进场，2007年6月10日完工。甬金高速公路澄潭江大桥某墩箱梁支座在通车一年后发生病害，无法继续使用，需进行整体顶升后更换支座。该墩高约15米，共计有8块聚四氟乙稀滑板支座。工程于2007年6月1日顺利完成。宛坪高速公路是国家重点公路规划建设项目上海至武威干线公路的重要组成路段。宛坪高速公路起自南阳市卧龙区辛店，与南阳至信阳高速公路连接，经由镇平、内乡、西峡三县，止于西峡县西坪镇豫陕两省交界处，全长150公里，建设标准为双向六车道，路基宽35米，设计时速120公里。本次有两座桥墩和47座桥台合计501个支座需要更换或

31、调整，该工程已于2007年10月12日顺利完工。从工程角度来看，近几年来，我国桥梁顶升技术已经达到较高的水平，桥梁顶升技术不仅仅用于桥梁支座更换，更多的被应用于桥面标高改造、增加通航净空、桥梁架设等方面。如图1.3、表1.1所示，为我国部分具有代表性的桥梁顶升项目。(a)天津海河北安桥 (b)莘奉金高速公路颛兴路跨线桥(c)吴淞江大桥 (d)湖州岂风大桥(e)新余市天工路立交桥 (f)浙赣线玉山下镇跨线桥(g)汤溪车站公路立交桥 (h)蒋堂公路立交桥(i)开阳高速公路某桥 (j)丰城赣江大桥(k)甬金高速公路澄潭江大桥 (l)宛坪高速公路某桥(m)武广快速客运专线竹园特大桥 (n)江西大万东边

32、桥、王陂桥图1.3 国内代表性桥梁顶升工程Fig1.3 Domestic representative bridge jacking-up engineering表1.1 国内代表性顶升工程Tab1.1 Domestic representative bridge jacking-up engineering序号工程项目结构形式施工目的施工方法顶升高度（cm）完工时间备注1天津海河狮子林桥连续箱梁桥面标高改造整体同步顶升1272003.9图1-22天津海河北安桥连续箱梁增加通航净空整体同步顶升1502004.2图1-3(a)3莘奉金高速公路颛兴路跨线桥连续钢箱梁主桥架设整体同步顶升/2004.

33、4图1-3(b)4吴淞江大桥主桥系杆拱桥主桥架设整体同步顶升102004.5图1-3(c)5黄长线立交连续箱梁桥面标高改造逐墩顶升2.7-1252005.5/6上海市云岭西路立交工程简支空心板梁桥面标高改造整体同步顶升27-2702005.10/7湖州岂风大桥系杆拱桥增加通航净空整体同步顶升2502006.5图1-3(d)8新余市天工路立交桥简支T梁增加净空整体同步顶升1552006.10图1-3(e)9浙赣线玉山下镇跨线桥简支空心板梁增加净空整体同步顶升1102006.12图1-3(f)10汤溪车站公路立交桥简支T梁增加净空整体同步顶升872006.12图1-3(g)11蒋堂公路立交桥简支T

34、梁增加净空整体同步顶升522006.12图1-3(h)12开阳高速公路某桥简支空心板梁支座更换鞍型支架法适合更换2007.6图1-3(i)13丰城赣江大桥简支小箱梁支座更换整体同步顶升适合更换2007.6图1-3(j)14甬金高速公路澄潭江大桥简支小箱梁支座更换整体同步顶升适合更换2007.6图1-3(k)15宛坪高速公路某桥简支T梁支座更换整体同步顶升适合更换2007.10图1-3(l)16武广快速客运专线竹园特大桥简支箱梁支座更换整体同步顶升适合更换2007.12图1-3(m)17江西大万东边桥、王陂桥简支空心板梁桥面标高改造整体同步顶升332007.12图1-3(n)1.1.3 简支转连

35、续梁桥支座更换现状简支转连续梁桥以其结构受力性能好、施工方便快捷、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强、适应线型灵活等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。自20世纪以来，在我国桥梁工程各领域尤其是高速公路桥梁中得到了十分迅猛的发展和应用。而且，随着技术、设计理论的不断发展和完善，尤其是预应力、超大型机具设备等先进技术的成熟应用，将进一步促使简支转连续梁桥活跃在整个桥梁工程领域。由于简支转连续梁桥的建设年代不是那么久远，因此，其支座损坏到必须更换的情况还未大规模出现，支座更换的施工报道也不多见。本文之所以选取简支转连续梁桥的支座更换做为分析的重点，一是本文依托工程云南水麻

36、高速公路上的大多数桥型都是这种结构，其也是目前应用最为广泛的桥型之一；二是简支转连续梁桥其结构特点对于顶升的要求比较高，对其顶升做充分的研究，可以触类旁通，将此技术应用于其他型式桥梁的顶升。总的来说，简支转连续梁桥支座更换正在逐年增多，有广泛的市场前景。1.2 我国桥梁支座更换技术研究现状及存在问题1.2.1 我国桥梁支座更换技术研究现状 在道路的改建和桥梁的养护中，支座的更换改造是不可避免的。支座更换的方法很多，顾安邦教授主编的桥梁工程中提到的枕木满布式支架法；谵润水教授主编的公路旧桥加固技术与实例中阐述的桥面钢导梁法；夏峰、赵席平在各自的支座更换工程中使用了鞍型支架法5；东北林业大学的于天

37、来教授通过总结现有的各种施工方法后，提出了一种钢扁担梁法6，使得机具设备较传统方法有较大减少；梁小光等人对超低高度气囊式千斤顶在桥梁支座整体更换施工中的应用做了可行性研究，介绍了其工作原理、施工工艺以及应用前景7；随着液压技术的发展，超薄千斤顶的顶升能力越来越大，已可满足上百吨重量的要求，崔洪峰、姚进年等人通过某高速公路桥梁的施工实例，介绍了施工过程及质量控制要点，为同类工程提供了参考；另外，由于目前大多数的桥梁都采用整体同步顶升法来更换支座，因此这方面的研究比较成熟，研究报告也较多。1.2.2 我国桥梁支座更换存在的问题随着国内桥梁顶升支座更换工程的增多，近几年桥梁顶升支座更换水平有了很大提

38、高，解决了实际工程中遇到的大量难题，积累了许多宝贵的设计与施工经验。目前的设计和施工主要依赖于经验，缺乏系统的、科学的理论依据，许多问题有待深入研究。具体表现在以下几个方面： 对公路桥梁橡胶支座的失效判别缺乏相关的理论依据支座从开始产生病害，直到失效，是一个渐进过程，如何判断病害严重程度，在什么情况下需要维修或更换支座，公路行业没有出台相应标准。 既没有系统的桥梁顶升设计理论，也没有成熟的专门设计和施工规范由于桥梁顶升支座更换是针对既有桥梁，其方案受到许多因素的影响，如桥梁结构类型、跨度、截面形式、梁底净空、桥下净空、下部结构形式、地基情况等，情况千差万别，很难给出统一的设计理论和施工方法。编

39、制规范尚需大量收集实际工程统计资料，开展系统研究，进行现场试验和测试等。 对桥梁本身力学行为分析不够全面由于目前大多数的桥梁都采用整体同步顶升法来更换支座，造成了重视如何同步，轻视不同步对桥梁有多大影响的局面，然而对于多跨一联的简支转连续梁桥，如果整体同步势必耗费巨大，逐墩顶升才是经济的选择，这样我们就必须关心桥梁本身力学行为，而现有的计算分析是远远不够的。1.3 课题的研究目的和意义目前，新建的公路桥梁几乎全部选用橡胶支座。桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件，可谓一座桥梁的咽喉所在，关系重大，一旦出现病害，将影响到上下部结构的使用寿命和交通安全。特别是对于高速公路，桥梁橡胶支座的

40、用量大，病害多，事故频繁发生，成为桥梁工作者的一块心病。引起橡胶支座的病害的最主要原因有： 橡胶支座的老化橡胶支座在使用过程中，由于受到内外因素的综合作用和影响，引起橡胶的组成、结构的破坏，而出现老化龟裂现象，使其逐步失去原有的优良性能，甚至丧失使用性能。橡胶老化是一种不可逆转的过程，其实质是橡胶支座的一个衰败、消亡的过程。研究表明，橡胶支座在使用初期老化速度快，随着时间增加，老化速度减缓，并趋于平稳。另外，橡胶材料的老化与橡胶品种有关：氯丁橡胶的耐老化性能较好，耐低温性能差；天然橡胶耐低温性能好，而耐老化性能较差；对于三元乙丙胶材料，其耐老化耐低温性能均较好，但与钢板的粘结性能较差。随着国内

41、外对使用中的橡胶支座恶化程度的调查研究，橡胶支座具有足够的耐久性已被人们所认识，尽管如此，橡胶老化仍是不可忽视的支座病害。1994-1995年我国铁道部科研院对京包铁路上使用了16、19和22年的天然板式橡胶支座做了力学性能和解剖检验，结果显示支座抗压和抗剪弹性模量分别增加20%左右，支座表面老化深度约5mm。1978年，日本对使用了17年的氯丁胶板式支座进行了性能试验，结果表明，支座橡胶的拉伸强度下降了15%，伸长率下降了17%。据调查，我国许多桥梁的橡胶支座老化普遍存在，如广东省惠州市水门桥引桥的橡胶支座大部分已经老化，难以满足使用要求而被迫废弃。 橡胶支座产品质量橡胶支座本身的质量是影响

42、使用寿命的基本因素。从调查中发现定点厂生产的产品质量合格率相对较高，而其他厂家生产的产品，有些初始变形就过大，铺设初期即出现裂纹；用再生胶制造的支座，现在大部分病害严重，已到了必须更换的地步。此外，大多数支座内钢板位置不够准确，造成橡胶保护层厚度不均匀，裂纹比较严重，加速了钢板的锈蚀和脱胶。因此如何在制造工艺上，保证钢板位置和必要的保护层厚度是非常关键的问题，因为橡胶老化，从表面开始向内部发展，是由快向慢过渡的，保证保护层的厚度，对延长支座使用寿命是非常有力的保证。京沪高速公路江苏段新沂河大桥使用的球冠板式橡胶支座，仅一年多就有3/4支座损坏；2002年6月江苏省高速公路指挥部根据本省已出现的

43、重大支座事故教训，组织专家对全省在建高速公路尚未使用的板式橡胶支座突击抽查，仅解剖一项就发现橡胶层厚度、钢板的规格等产品标准规定指标有近50%不合格；京沪高速公路广东段某大桥使用球冠扳式橡胶支座刚安装就开裂；青岛某大桥使用的盆式支座安装后钢盆焊缝开裂等等，不能保证安全使用。显然以上事故不是橡胶老化引起，而是支座产品质量低劣、不符合标准导致的破坏。 施工、养护管理不善橡胶支座安装质量是影响使用寿命的重要因素。施工安装支座前，没能做到对产品的质量进行检验，使用了很多不合格产品；安装时，支座位置不正确，与支撑垫石顶面和梁底密贴状况、均匀接触、均匀受力等技术问题没能充分重视；再有，支座的安装就位温度控

44、制不严格，致使桥梁结构产生附加应力；除此之外，当有些桥架梁后支座发生很大的初始变形时，施工单位没有采取有效的措施消除橡胶支座的初始变形。在使用过程中，养护部门没有对橡胶支座进行定期检查，出现问题后没有及时地采取措施予以维修、调整和更换，致使支座安装后，出现滑动面夹杂尘埃、异物，因防水、排水装置的缺陷向支座漏水、溢水、露油，此外还存在螺栓、螺母的松动和脱落等现象，由此加快了支座的损坏速度。 支座设计、选型及布置不合理支座的设计、选型及合理布置应充分地考虑桥梁结构形式及规模，应充分地注意到主梁平、纵、横端面的形状，支座作用反力、移动和转动的方向，以及固定和可滑动支座位置的确定等。如果支座在设计、选

45、型及布置上不合理，那么将会使支座受力不合理，导致支座产生永久变形、压溃、失效的现象。福建省某高速公路大桥使用的板式橡胶支座，通车后2年多，有40多处损坏。据初步调查认为损坏的原因是：不属于产品质量引起，而是由于连续T形梁的固定支座和弯桥部分的活动支座选用不当和支座设计、布置以及构造处理不合理等所致。因此橡胶支座的合理选用与布置是保证橡胶支座安全使用的最重要环节，不可忽视。 其他原因影响橡胶支座使用寿命的原因很多，除了上述因素以外，桥墩的不均匀沉降、倾斜、水平变位和上部结构位移等都是影响橡胶支座使用寿命的重要因素。重新评价目前支座的设计和施工方法，总结理论和实践经验，发展支座安装标准化，具有重大

46、意义。正如上面所说由于橡胶支座的病害相当普遍，其形成原因也多种多样。对已建成的桥梁来说唯一有效的解决途径就是重新布置更换支座，我们可以预见不久的将来简支转连续梁桥用橡胶支座将会呈现大批更换的局面，这与目前国内这一领域理论研究空白形成了矛盾，本文就是从这一矛盾着手，通过深入研究，逐步解决简支转连续梁桥支座安装及更换过程中关于橡胶支座的安装、失效判别、梁体顶升过程中梁体的受力分析、梁体顶升施工的具体实施问题。1.4 本文的主要研究内容由前面几节对国内外支座更换的现状研究可以发现，目前支座更换主要针对简支梁桥，且都采用整体同步顶升的概念，己有的文献更多的侧重于介绍施工方法和施工经验及体会，而缺乏相应

47、的梁体力学分析与研究，当然这跟简支梁整体同步顶升不无关系。对于多跨一联的简支转连续梁桥支座更换实际工程还未见报导，因此解决简支转连续梁桥支座更换问题十分必要，概括起来主要有以下几个问题： 公路桥梁板式橡胶支座的施工安装问题； 公路桥梁板式橡胶支座的失效判别问题； 简支转连续梁桥“余弦逐波顶升”过程中的梁体力学行为分析问题； 简支转连续梁桥支座更换、梁体顶升的施工步骤问题。本文针对云南省水麻高速公路4×20m简支转连续梁桥的支座安装、更换问题，在云南省交通厅科技项目子课题的资助下，对支座安装、支座失效判别及“余弦逐波顶升”顶升过程中的梁体力学行为进行深入分析，本文的主要工作阐述如下：

48、阐述课题的研究背景和意义，综述了国内外相关研究领域的研究现状和存在问题，并提出了本文主要研究内容(第一章)； 结合云南省水麻高速公路简支转连续梁桥的支座安装施工，提出了公路桥梁普通板式橡胶支座及四氟滑板式橡胶支座的施工安装流程（第二章）； 结合公路桥梁板式橡胶支座失效的常见表观形式，分析了板式橡胶支座失效的主要原因，提出了公路桥梁板式橡胶支座失效判别标准（第三章）； 以云南省水麻高速公路4×20m简支转连续梁桥为原型，通过建立ANSYS有限元模型，详细分析了“余弦逐波顶升”过程中的梁体力学行为，并进行了梁体顶升模型试验，提出了云南省水麻高速公路4×20m简支转连续梁桥在梁体

49、顶升时的顶升限值（第四、五章）； 系统阐述了在进行公路桥梁板式橡胶支座更换时的施工步骤（第六章）。第二章 公路桥梁板式橡胶支座安装技术研究2.1 引言本章以云南省水麻高速公路桥梁板式橡胶支座的安装施工为依据，总结了板式橡胶支座在安装施工中集中出现的各种问题，同时按照相关规范的要求，给出了板式橡胶支座的正确的安装方法，指明了在支座安装过程中需要重点关注的各种操作细节，对今后同类型支座的安装施工具有重要的指导意义。2.2 板式橡胶支座安装施工的常见问题及相应解决方案对云南省水麻高速公路桥梁支座安装情况的调研发现，目前桥梁板式橡胶支座安装中和安装后存在以下一些问题：2.2.1 预制梁底的相关问题及相

50、应的解决方案预制梁底的相关问题主要表现在三个方面： 预制T梁梁底支座处的模板施工不规范该问题主要表现为：梁底支座处的模板应用较为混乱。有些预制场采用竹胶板为梁靴底面模板，平整度不易保证；有些预制场采用的钢板平整度极差、钢板本身已经有很大的弯曲，钢板下面随便垫些木块、砖头，不稳定，施工极不规范（如图2.1）。诸多原因导致梁靴预制不精确、存在倾斜度，引起支座安装后的偏压、单侧脱空现象。图2.1 梁底钢模板本身弯曲Fig2.1 Steel template under the beam bending itself解决方案：梁靴底面必须采用具有足够刚度的钢模板，并且必须保证钢模板有较高的平整度，不得

51、采用弯曲变形的钢板。采取措施保证模板下支承的稳定性，不移位、不偏转。立模时必须保证模板的横向平整度及梁靴纵向设计角度。由于梁靴不平引起的脱空支座，必须将梁体吊起重新安装，用环氧砂浆找平梁靴位置。 预埋的四氟板式橡胶支座上钢板施工不规范该问题主要表现在两个方面：1）钢板厚度不足，或者使用薄铁片代替不锈钢钢板，不锈钢钢板未卡在上钢板中，而是采取焊接的方式。有的不锈钢钢板已经锈蚀。四氟板式橡胶支座上钢板、不锈钢板不配套（如图2.2），不符合规范及设计要求。图2.2 四氟板式橡胶支座上钢板施工不规范Fig2.2 the construction of the steel plate incompete

52、nt解决方案：购置由支座生产厂家加工的、与四氟滑板支座相配套的上钢板及不锈钢板。如果不使用支座厂家的配套产品，不得在施工现场随意自己加工，必须找大厂加工、制作，钢板、不锈钢板必须经过检验合格，检测指标符合规范要求，制作必须符合设计、公路桥梁板式橡胶支座（JT/T42004）相关条款要求方可使用。严禁用普通铁片代替不锈钢钢板。2）没有预埋上钢板（如图2.3），这样必然导致梁靴底面混凝土与四氟滑板直接接触。图2.3 预制梁底没有预埋四氟板式橡胶支座上钢板Fig2.3 no steel plate on the tetrafluoroethylene rubber bearing解决方案：首先将梁体

53、吊起或顶起，凿除梁底混凝土，预埋四氟板支座上钢板（最好与钢筋焊接，并用环氧树脂砂浆粘贴），装好不锈钢钢板，最后落梁。如果是预埋的上钢板和不锈钢板在浇筑混凝土时被包裹在混凝土内，必须将包裹的混凝土层小心凿除，不得划伤不锈钢板，将不锈钢板清洁后，再落梁。 梁端支座处下表面不平时的处理方式不规范该问题主要表现在两个方面：1）用水泥干灰、水泥砂浆找平梁底与普通板式橡胶支座顶面脱空处。甚至用水泥干灰、水泥砂浆找平四氟板式橡胶支座顶面与梁底的现象（如图2.4，）。图2.4 梁靴用水泥砂浆找平Fig2.4 cement mortar level the beam boots解决方案：梁底偏差过大时必须凿除梁

54、底表面混凝土，重新浇筑高标号混凝土或环氧砂浆。2）采取塞钢板的方法处理四氟滑板支座与梁底的脱空。解决方案：四氟板橡胶支座顶面与梁靴脱空时不可在脱空处塞钢板，阻碍滑板滑动。普通板式橡胶支座顶面与梁底脱空采用塞钢板的办法，只适用于小跨径桥梁。梁底的清洁问题该问题主要表现为：梁底上的砂砾、浮浆等杂物在起吊后安装前没有清除，四氟滑板与钢板之间有很多水泥砂浆（如图2.5），增加了支座摩擦力。图2.5 支座上布满水泥砂浆Fig2.5 bearing studded with cement mortar解决方案：将梁体吊起后，落梁之前，必须对梁底进行清洁，特别是四氟板支座上钢板的清洁尤为重要，四氟滑板支座表

55、面和不锈钢板表面应用水清洗干净、风干后，再用丙酮或酒精擦洗干净。2.2.2 支座垫石的相关问题及相应解决方案支座垫石的相关问题主要表现在六个方面： 支座垫石的施工质量不合格该问题主要表现为：垫石顶面平整度不够、质量不过关、几何尺寸偏差大，位置偏离不正确，安装支座后垫石中心线与梁底中线偏离。个别垫石受到撞击、局部被破坏（如图2.6）。图2.6 支座垫石施工质量不合格Fig2.6 construction of the bearing padstone unqualified解决方案：预埋支座垫石内钢筋网，防止垫石位置偏差，采取措施保护垫石不受破坏。受到破坏者，破坏面积小者可用环氧砂浆修复，破坏面

56、积大者，必须凿除垫石，重新浇筑高标号混凝土，用砂浆找平垫石顶面，严格控制垫石几何尺寸，准确放线支座垫石位置。 支座安装时，垫石顶面不画线，不认真定位支座中心、梁体设计位置，支座偏位、梁体偏位，引起支座偏压（如图2.7）。图2.7 支座垫石顶面不划线Fig2.7 no marking on the bearing padstone解决方案：安放支座时，必须在垫石顶面画线定出支座及梁体的位置，便于落梁时的控制。 在安装完支座后未对垫石顶面的杂物进行处理、清洁，垫石上、支座上脏杂物多。解决方案：在支座安装完毕后，必须对支座周围、垫石顶面、支座体上的脏物、杂物进行清洁，保证支座不受到侵蚀，这是支座安放

57、就位后一项重要的工作。 在支座下垫水泥干灰的方法来找平垫石顶面（如图2.8）。图2.8 垫石顶面用水泥干灰找平Fig2.8 cement ash level the padstone在安装支座前用水泥砂浆来找平垫石，用的砂浆水灰比过大、非干硬性砂浆（如图2.9），这导致安装后砂浆收缩性大，垫石与支座间出现干缩缝；或者用砂浆来找平梁靴，也出现干缩缝。图2.9 垫石顶面用高水灰比砂浆找平Fig2.9 large water-cement mortar level the padstone解决方案：应采用环氧砂浆找平垫石顶面，也可用干硬性砂浆。但是不可在出现支座脱空后再往脱空处填塞砂浆的办法，特别是

58、梁靴不平时更不允许。必须待砂浆达到设计强度后方可落梁。 支座垫石顶面的高程出现误差时的处理方式不规范该问题主要表现在两个方面：1）当支座垫石顶面的高程高于设计高程时，随意凿除垫石，支座安放在凿除的未经过处理的垫石之上（如图2.10）。有的垫石已被基本凿除完毕，未经过处理就安放支座（如图2.11）。 图2.10 支座安放在凿除的未经过处理的垫石之上Fig2.10 bearing emplaced on the padstone without treatment图2.11 支座垫石基本被凿除完毕Fig2.11 bearing padstone was hardied all解决方案：不得随意凿除

59、垫石。凿除过的垫石必须经过处理，找平垫石顶面，并保证垫石设计高度。2）当支座垫石顶面的高程低于设计高程时，用钢板垫高，但是钢板和垫石顶面之间用水泥干灰找平，垫石和钢板没有粘贴（如图2.12）。图2.12 支座垫石和钢板间未粘贴Fig2.12 bearing padstone and steel plate was not pasted解决方案：需要用钢板垫高垫石时必须用环氧树脂对钢板和垫石进行粘贴，钢板和垫石之间不得用水泥干灰找平。 对垫石顶面进行抹光处理（如图2.13），造成支座底面与垫石顶面摩擦系数降低，导致支座与垫石相对滑移。图2.13 支座垫石顶面进行了抹光处理Fig2.13 bearing padstone wao troweling解决方案：垫石顶面在找平时不得抹光，必须保持顶面粗糙，以保证垫石顶面与支座间的摩擦力。2.2.3 挡块的相关问题及相应解决方案在梁底设置板式橡胶支座是为了适应上部结构的位移。板式橡胶支