桥梁正常运营状态下同步自锁顶升更换支座的实践应用
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摘要：本文结合工程实例，在维持正常交通的情况下，采用同步自锁顶升的技术对清远市106国道车角大桥支座进行了更换，取得了良好的工程效果和社会经济效益。
Abstract: combining with engineering examples, in maintain normal traffic, use synchronization since the technology of roof up lock qingyuan city national highway 106 bridge bearings car horns replaced, has obtained the good engineering effect and social and economic benefits.
Keywords: Bridges, bearing replacement, normal operations, synchronous self-locking roof up
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
1、前言
桥梁支座作为重要的上部、下部结构之间的受力传力部件，极易出现位移、老化、损坏等病害，需要经常更换。经调查了解到，目前国内外更换支座的方法大致分为枕木满布式支架法、整体顶升法、鞍型支架法、钢扁担梁法、桥面钢导梁法、超低高度气囊式千斤顶更换法等几种，但这些方法均有一个共同的缺点就是实施复杂，需要中断交通，影响大、成本高，又或者是安全性和可靠性不足，通用性差，面向用户狭窄，尤其难以适合一般的养护管理部门和维修施工单位使用。
基于上述问题和原因，我单位和北京特希达科技集团、清远市佛冈公路局敏锐地认识到研究“桥梁正常运营状态更换支座新技术”这一课题的重要性及应用前景的广泛性，专门设立了 “桥梁正常运营状态更换支座新技术”的科研项目。经过参研人员3年多的调查研究、计算分析、模拟试验等一系列攻坚努力,创新性地以“全断面同步顶升、安全自锁保障、不中断交通”的技术路线很好地解决了这一技术难题,并于2010年1月在国道106线佛冈县车角大桥的依托工程项目上得到成功实践验证。2010年10月,该科研成果经交通运输部科学研究院、广东省交通运输厅等单位的权威专家鉴定综合达到国际先进水平(清科鉴字〔2009〕29号),并建议广泛推广应用。
2、同步自锁顶升的原理
2.1同步顶升原理
油泵通过一根油管连接到分流阀上，千斤顶由同一油泵统一供油，油泵开启后，由分流阀将液压油分配到每个千斤顶。等压分流阀的作用，是不论载荷大小，液压系统中由同一个油泵向多个千斤顶供应相同的压力（等压分流），以实现多个千斤顶的行程保持同步或定比关系。
等压分流阀分配到每台千斤顶的液压油压强是相等的，由于每个千斤顶活塞面积相同，从而千斤顶顶升力是相同的。顶升过程中将分流阀阀门开启程度相同，此时每个千斤顶油路的损失基本相等，保证了每个油路流量的相等，即保证了千斤顶行程的一致。当油路损失有差异时（如分流阀各阀门开启大小不同），油路损失小的千斤顶行程会增大，将承担更大的顶升力，油缸内压强就要比其他千斤顶油缸的压强高，因各千斤顶油缸并联，液压油就主动流向其他千斤顶油缸，使千斤顶油缸的压强恢复相同，这样就保证了顶升的同步性。
图1同步顶升系统设备示意构成图
2.2自锁千斤顶工作原理
液压千斤顶就是利用了液压传动所基于的最基本的原理——帕斯卡原理，液体各处的压强是一致的，通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。
千斤顶液压传动是利用有压力的液压油作为传递动力的工作介质。油泵输出液压油，将机械能转换成油液的压力能，压力油经过管道及分配阀，进入千斤顶油缸，推动活塞举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。活塞举升的速度取决于单位时间内流入千斤顶油缸中油容积的多少。由此可见，千斤顶液压传动是一个不同能量的转换过程。
为防止千斤顶漏油、油缸裂缝、油管爆裂等原因引起千斤顶活塞突然下降，在活塞上加上自锁螺母，顶升过程中不断旋紧自锁螺母，当出现以上情况时，将作用在活塞上的力通过自锁螺母转移到千斤顶缸体上来，不至于因为意外情况损坏梁(板)或引起横向联系的损坏。
3、依托工程概况
车角大桥是座落在清远市佛冈县车角村106国道K2364+825～+975.45处的一座双向四车道公路桥梁，桥宽约25m，长约148m。上部构造均为钢筋混凝土空心板梁，每跨长20m，由17片梁组成（共计：7跨119片梁）。设置GYZ250×42 mm圆板式橡胶支座（共计：476块），伸缩缝采用D80型伸缩缝，桥面铺装为混凝土桥面，中间间隔为防撞墙间隔。下部构造为钢筋混凝土灌注桩基础，圆柱式桥梁，该桥橡胶支座大部分有变形现象，根据省公路管理局批复，需对全桥的支座进行更换，下图为大桥全景相片。
图2 待更换支座的桥梁车角大桥实景图
4、千斤顶的选用
4.1上部结构自重计算
根据设计图纸，单跨半跨上部结构及桥面系材料重量计算列如下表1-1，钢筋混凝土比重取25KN/M3。其它铰缝伸缩缝重量略。
上部结构自重计算汇总表1-1
防撞栏（中间） 防撞栏（边） 桥面铺装 空心板
100.6KN 192.1KN 725.8KN 2737.5KN
4.2活载计算
该桥为20m跨径，按一般小跨径挂车活载控制设计，该桥用挂车计算活载。
FC＝(300×20+300×18.8+300×14.8+300×12.6)÷19＝1045KN
4.3千斤顶的布置及选型
车角桥每跨有17片梁，每片梁端放2个千斤顶。因为千斤顶布置得较密，活载占的比例不大，可以不计算合力重心至桥中心线的距离。
本次更换支座采用同一桥墩盖梁上，同步顶升梁板，同时拆去旧支座，更换新支座。
桥墩盖梁采用68个超薄千斤顶，桥台采用34个超薄千斤顶，每片梁端用两个千斤顶顶升，所有千斤顶并联共用一套高压油泵(ZB4/500型)。所选择的(ZB4/500型)千斤顶额定顶升力为50t。
由顶升油压系统计算式导出：该组成系统各千斤顶(34或68个超薄型千斤顶)“校准”各级标准力值对应指示器显示值的算术平均值作为线性回归得：P＝0.1342F-0.3241，其中P为油压表读数，F为加载力值。
系统平衡顶升最大油压表压力为(读数值)P＝21.5MPa，由顶升油压系统计算式P＝0.1342F-0.3241即得各作用点顶升平均作用力F＝162.62KN；
顶升每片梁端设两个作用点(两个千斤顶作用)，桥宽断面为17片梁。
当桥台盖梁顶升时，使用34个超薄型千斤顶，其顶升最大荷载为5529.08KN。
当桥墩盖梁顶升时，使用68个超薄型千斤顶，其顶升最大荷载为11058.16KN。
5、正常运营状态同步顶升更换支座施工工艺
5.1更换支座侧面示意图
图3更换支座侧面示意图
5.2更换支座施工工艺
（1）搭设施工平台
鉴于此大桥不方便架设空中挂篮，为了安全起见，所以工程在帽梁边上架设工作平台。次搭架部分，施工单位在台帽位置两边各1m位置搭设工作平台，如图4所示。图4搭设工作平台