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桥梁建设2017年第47卷第3期（总第244期）Bridge Construction, Vol. 47, No. 3 , 2017 (Totally No. 244)
文章编号：1003 —4722(2017)03 —0116 —05
周松，常光照，孟晓亮，王洪新
(上海城建市政工程（集团）有限公司，上海200065)
摘要：横潦泾大桥主桥为主跨125 m的变截面预应力混凝土连续箱梁桥，由于苏申外港线 航道整治，为满足D I级航道通航尺度的要求，该桥采用整体顶升技术将桥梁整体抬高约1. 58 m。 为保证顶升期间梁体应力变化在安全范围内，采用有限元软件建立支座处箱梁节段实体分析模型 及三维变截面梁单元模型，分析顶升期间梁体受顶部位的局部应力及顶升不同步引起的梁体应力，并进行顶升过程应力监测。结果表明：主梁受顶局部底板应力较大，将局部底板厚度由0. 7 m增至2.0 m；顶升前、后梁体整体应力保持在±0. 72 M P a以下，满足梁体应力的安全储备要求；顶升 后，该桥的顶升位置偏差均小于0.005 m，满足设计要求。该桥改造后已安全运营5年，主体构件 未发现新裂缝，结构整体安全，证实了超百米级连续梁桥整体顶升的可行性。 关键词：连续梁桥；预应力混凝土结构；箱形梁；整体顶升；有限元法；应力监测；桥梁加固
中图分类号：U445.7;U448.215 文献标志码：A
Analysis of Integral Jacking-up Construction
of a Long Span PC Continuous Beam Bridge
ZHOU Song，CHANG Guang-zhao，MENG Xiao-liang，WAJSG Hong-xin
(Shanghai Urban Construction Municipal Engineering (Group) Co., Ltd., Shanghai 200065, China)
Abstract：The main bridge of the Hengliaojing Bridge is a variable section prestressed concrete (PC)continuous box beam bridge with a main span of125 m.Owing to the channel realignment of Suzhou-Shanghai Waterway and to meet the navigational requirements of the Class H I Channel,the bridge was required to be integrally raised up about 1. 58 m,using the integral jacking-up technique.To ensure that the stress changes of the beam of the bridge could be in the safety range in the process of the jacking-up construction,the finite element software was used to establish the solid analysis model for the segment of the beam at the bearing and the three-dimensional beam element model for the variable section beam.The local stresses in the jacked parts of the beam and the stres
ses in the beam caused by the asynchronous jacking-up in the jacking-up construction were analyzed and the stresses in the construction were monitored as well.The results showed that the stresses in the jacked parts of the local bottom slab of the beam were great and the thickness of the slab was increased from 0. 7 m to 2. 0 m.The integral stress of the beam was kept below 士0. 72 MPa and could meet the safety margin of the stresses in the beam before and after the jacking-up construction.The position deviations of the jacked up beam were all less than0.005 mm and could meet the design requirements.The bridge presently has safely operated for 5years since the jacking-up construction,no new cracks have been found in the major components of the bridge and the structure of the bridge has been safe integrally,verifying the feasibility of applying the integral jacking-up technique to the continuous beam bridge with span length over one hundred meters.
收稿日期：2016 —07 —07
作者筒介：周松，教授级髙工， 2zs@l63。研究方向：市政工程施工及管理。
大跨径混凝土连续梁桥整体顶升施工分析 周松，常光照，孟晓亮，王洪新117 Key words：continuous beam bridge；prestressed concrete structure；box beam；integral jack-ing-up；finite element method；stress monitoring；bridge strengthening
1概述
横潦泾大桥为同三国道（A30)跨越黄浦江上游
支流横潦泾的一座大桥，其主桥为三跨变截面预应
力混凝土连续箱梁桥，跨径组合（85 +125 +85) m，
全长295 m[12]，主桥总体布置如图1(a)所示。该桥
按上、下行独立分幅布置，半幅桥宽13. 25 m，桥梁
总宽27. 5m。主桥箱梁在中域处顶板厚0. 8 m、底
板厚1.2 m、腹板厚0.8 m，中域处横隔板厚1. 8 m。
主梁横断面布置如图1(b)所示。
图1横潦泾大桥主桥总体及主梁横断面布置
Fig. 1 General Layout of Main Bridge and Cross
Sections of Main Girder of Hengliaojing Bridge
因苏申外港线航道整治，该桥通航净宽需由80 m调整为110 m，上底宽由55 m调整为85 m，以满 足m级航道通航尺度的要求[3]。经论证，将桥梁整 体抬高约1.58 m后，可满足上述要求。主桥与引 桥顶升相同高度，以保证道路纵断面线形不变，整体 抬高设计高程。限于篇幅，本文仅讨论主桥整体顶 升。主桥主墩采用直接顶升法，通过P L C电脑同步 控制，整体顶升箱梁（箱梁上部局部需进行加固）。横潦泾大桥主桥顶升流程如图2所示[4]。
横潦泾大桥主桥跨度大，顶升重量达1. 04 X 1〇4t，如此百米级连续梁的顶升体量，国内外类似的 工程实践经验较少[56]，施工风险大，技术难度高。
图2横潦泾大桥主桥顶升流程
Fig. 2 Process Flow of Jacking-up of
Main Bridge of Hengliaojing Bridge
施工时主梁受顶部位受到的集中力超过40 MN，需 对受顶部位的局部应力状态进行分析[78]。同时，顶 升过程中，各千斤顶之间的不同步偏差会使主梁产 生竖向或横向变形，需要估计变形对梁体产生的影 响。因此，本文采用有限元方法研究顶升时主梁受 顶部位的局部应力及顶升不同步引起的梁体应力
变 化，并在顶升时做好施工监测，确保整体顶升的顺利 完成。
2有限元模型
局部应力分析时，采用有限元分析软件MIDAS C ivil建立包括顶板、底板、腹板和横隔板的支座处 箱梁节段三维实体模型，如图3所示。模型采用4 节点四面体网格进行网格划分，在千斤顶直接作用 的底板局部对网格进行加密，模型中共有四面体单 元58 675个。在箱梁横断面处对节段进行固结，在 梁底受顶部位施加顶力。
整体分析模型采用三维变截面梁单元模型，模 型共有节点509个，单元504个。将千斤顶不同步 位移偏差等效为箱梁对应支座的强制位移，设计允 许顶升偏差为〇.m。分析中主要考虑了 5种位移偏差工况：工况1，1号墩设置〇. 〇1m的强制位 移；工况2，2号墩设置0.01 m的强制位移；工况3, 1号和2号墩交替设置0.01 m的强制位移；工况
4,
118桥梁建设 Bridge Construction2017, 47(3)图3支座处箱梁局部有限元模型
Fig. 3 Finite Element Model for
Locality of Box Beam at Bearing
1〜3号墩交替设置0.01 m的强制位移；工况5，1〜 4号墩交替设置0.01 m的强制位移。
3施工分析
3.1局部应力分析
支座处箱梁局部应力如图4所示0由图4可 知，箱梁底板上表面出现了大于3M P a的横桥向拉 应力，会造成底板混凝土局部开裂。这是因为原箱 梁设计时未考虑支座以外部位的局部承压，导致底 板出现了较大应力6计算表明箱梁局部应力在横桥 向上是不利的，顺桥向和竖向上是安全的。因此，为保证底板受弯时不会出现开裂破坏，将箱梁底板厚 度由0.7m增至2.0 m，如图5所示e
l/x单位：MPa
图4支座处箱梁局部应力
Fig. 4 Local Stress of Box Beam at Bearing
3.2整体受力分析
顶升过程中，5种工况下由顶升位移偏差引起 的箱梁应力结果如表1所示。由表1可知：
(1)在竖向位移偏差下，工况1〜5的最大应力 变化幅度分别为一 〇. 07〜〇.M，一0. 29〜0. 22, 一0.43〜0.29，一0. 65〜0. 58，一0. 72〜0. 72 MPa;
表1顶升位移偏差引起的箱梁应力
Tab. 1 Stresses in Box Beam Caused by
Position Deviations of Jacking-up
最大应力crAax/MPa 力ffmin/MPa 竖叫位移偏差横向位移偏差竖丨l\I位移偏差横向位移偏差1140. 072—0. 07—0. 035 20.220.11—0. 29^'U*15
30,290. 14-0. 43一0. 22
#0,580. 29—0» 65—0. 32
50.720. 36一0, 72—Q. 36
在横向位移偏差下，工况1〜5的最大应力变化幅度 分别为一0• 035 〜0• 072，一0. 15 〜0• 11，一0• 22 〜0.14, 一0. 32 〜0. 29, 一0. 36 〜0. 36 MPa。边壤位 移偏差下箱梁应力变化较小，中墩位移偏差下箱梁 应力变化较大，2个中墩产生方向相反的位移偏差 作用，说明箱梁应力变化对中墩顶升位移偏差更敏 感。因此，应主要控制中墩的顶升位移偏差。
(2)在竖向和横向位移偏差下，工况5均为最 不利工况，其最大拉、压应力分别达〇. 72 M P a和0.36 MPa。说明在4个墩交替出现相反的顶升偏 差时，是控制箱梁顶升时梁体应力变化的主要工况。
分析可知，5种工况下梁体的最大拉、压应力均 出现在边跨跨中或主跨1/4断面位置。其中，最不 利工况(工况5)的梁体相对变形及应力如图6所 示。由图6可知，梁体以支座位置为波峰(谷），变形 形状接近正弦函数；最大应力变化位置出现于边跨 跨中，为土0.72 MPa，满足梁体应力1.0 M P a的安 全储备要求。
4顶升过程应力监测
除顶升不同步会使梁体产生应力变化外，温度、施工机具、人员以及周边环境往往存在1些不确定 的
因素，也可能引起梁体应力变化。因此，
在顶升过
大跨径混凝土连续梁桥整体顶升施工分析 周松，常光照，孟晓亮，王洪新119
图6最不利工况的梁体相对变形与应力
Fig. 6 Relative Deformation and Stress
of Box Beam under Worst Load Case
程中，需实时监测梁体关键位置的应力。通过应力 监控掌握梁体在顶升过程中的支撑点不均匀受力状 态，以控制顶升姿态[t193&该桥在支座、跨中截面及 主跨的1/4截面处布置监测截面，共8个(N1〜N8, 图1)。其中N2截面(为最不利截面，位于边跨跨 中）的测点布置如图7所示。限于篇幅，本文仅以西 幅桥为例，给出了 N2截面各测点的应力监测结果，如图8所示，图中监测日期为2011年4月6〜20日&由图8可知，在主桥顶升期间，应力变化最大值 基本为± 0• 5〜|0. 6MPa，均未超过拉应力1 MPa、压应力2M P a的安全报警值。顶升作业期
图7 N2截面应力测点布置
Fig. 7 Layout of Stress Monitoring Points at Section N2
4 6 8 10 12 14 16 18 20
曰期
图8 N2截面各测点应力
Fig. 8 Stresses of Monitoring Points at Section N2间，随着顶程的不断提高，顶升前期箱梁梁体应力波
动比较明显；顶升后期随着梁体顶升姿态的调整，所
产生的应力变化相对前期有所减小。
横潦泾大桥于2011年9月24日顺利顶升到
位。顶升后，该桥纵向、横向及竖向的顶升位置偏差
均小于0. 005 m，小于设计允许的顶升偏差0. 010 m；顶升过程中及顶升后，结构未发现新的裂缝，结
构整体安全。
5结论
本文以横潦泾大桥整体顶升为背景，对百米级
大跨径预应力混凝土连续梁桥进行整体顶升施工分
析，得到以下结论：
(1)通过对梁体受顶部位进行局部应力分析发 现，该桥箱梁底板受顶局部会出现大于3M P a的拉
应力，会使底板局部产生裂缝，需对顶升过程中可能
出现的梁体薄弱部位进行加固。
(2)通过主梁整体有限元分析可知，梁体顶升 不同步导致的应力变化在±0. 72 M P a以内，该应
力变化处于结构构件自身的应力安全储备范围内。
(3)通过顶升过程中对主梁关键部位进行应力 监控可知，该桥的顶升位移偏差均小于设计偏差；通
过控制梁体顶升姿态，保证了结构在顶升过程中不
出现超过顶升设计的变形和应力。
横潦泾大桥整体顶升工程的成功实施，证实了
百米级大跨度连续梁桥整体顶升是切实可行的，为
今后类似工程项目的实施提供了宝贵的经验。
参考文献（References):
[1]胡劲松.横潦泾主桥顶升的关键技术[J].城市道桥与
防洪，2013(1):97 — 99.
(H U Jin-song. K e y T e c h n iq u e s fo r Ja c kin g-u p o f M a in
B rid g e o f H e n g lia o jin g B rid g e[J].U r b a n R o a d s,
B rid g e s&F lo o d
C o n t r o l,2013(1)：97 — 99. in C h i
n ese)
[幻徐新成.横潦泾大桥顶升工程施工监理要点[j|城市道桥与防洪，2012(2)t84 — 87,91,
(X U X in-c h e n g. K e y P o in ts o f C o n s tru c tio n S u p e r v i
s io n o f Ja c kin g-u p o f H e n g lia o jin g B rid g e [J],U r b a n
R o a d s, B rid g e s&• F lo o d C o n t r o l,2012 (2) »84 — 87,
91. in C h in e s e)
[幻陈舟，余晓琳，颜全胜，等.北江大桥引桥整体顶升施工技术[J].桥梁建设.2014，44(1): 11,1—120.
(C H E N Z h o u, Y U X ia〇-lin, Y A N Q u a n-s h e n g,
etal.
120桥梁建设 Bridge Construction2017, 47(3)
Construction Techniques for Integral Jacking-up of
Approach Bridge of Beijiang River B ridge[J]. Bridge
Construction, 2014, 44(1)：114 —120. in Chinese) [4]上海城建市政工程(集团）有限公司.特大跨径混凝土
桥梁整体顶升成套技术及应用[Z].上海：2014.
(Shanghai Urban Construction Municipal Engineering
(Group) Co., Ltd. Complete Set Technique and Its
Application of Integral Jacking-up of Long Span Con
crete Bridge[Zj. Shanghai：2014. in Chinese)
[5]周振兴.吴淞大桥北引桥整孔顶升、加宽的设计与施
工[J].中国市政工程，2003(2) :32 — 34.
(ZHOU Zhen-xing. Design and Construction of Whole
Span Jacking-up and Widening of North Approach
Bridge of Wusong Bridge [J]. China Municipal Engi
neering, 2003(2)：32 — 34. in Chinese)
[6]林刚，徐长节，刘耿耿，等.湖州市南林大桥整体顶
升可行性分析[J].城市道桥与防洪，2010 (7) :45 —
47,55.
(LIN Gang, XU Chang-jie, LIU Geng-geng，et al.
Feasibility Analysis on Integral Jacking-up of Nanlin
Bridge in Huzhou City [J]. Urban Roads, Bridges &-
Flood Control, 2010(7) ：45 — 47, 55. in Chinese) [7]王艳，陈淮.大跨度悬臂拼装施工连续梁桥0号
梁段局部应力分析[J].铁道科学与工程学报，2008,
5(3) ：23-27.
(WANG Yan, CHEN Huai. Local Stress Analysis of
Segment No. 0 of Long Span Continuous Beam Bridge
Constructed with Cantilever Erection Method [J].
Journal of Railway Science and Engineering, 2008,
5(3) ：23 — 27. in Chinese)
[8]黄江，胡成.某矮塔斜拉桥〇号梁段空间应力分
析[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2012,
35(8) ：1097-1100.
(HUANG Jiang, HU Cheng. Spatial Stress Analysis
of Segment No. 0 of an Extradosed Cable-Stayed Bridge
[J]. Journal of Hefei University of Technology (Natu
ral Science) , 2012，35(8) ：1097 — 1100. in Chinese) [9] 赵阳，项贻强.湖州岂风桥整体顶升施工及监控
[J].公路，2008(10) :13 —17.
(ZHAO Yang, XIANG Yi-qiang. Integral Jacking-up
Construction and Monitoring of Qifeng Bridge in
Huzhou[J]. Highway, 2008 (10)：13 — 17. in Chi
nese)
[10]王凯，王社.跨航道连续梁桥顶推拆除施工监控
技术[J].桥梁建设，2013,43(5) :111 —116.
(WANG Kai, WANG She. Techniques of Construc
tion Monitoring and Control for Demolishing of a
Continuous Girder Bridge over Ship Channel by Incre
mental Launching M ethod[Jj. Bridge Construction,
2013 , 43(5) ：111 —116. in Chinese)桥梁同步顶升
ZHOU Song
周松
1968 —，男，教授级高工
1989年毕业于同济大学岩土工程
专业，工学学士，2004年毕业于复
旦大学工商管理专业，工商管理
(EM BA)硕士，2009年毕业于上海
交通大学岩土工程专业，工学博士。
研究方向：市政工程施工及管理
E-mail：smec. no. 2zs@163. com CHANG Guang-zhao
常光照
1980 —，男，高级工程师
2003年毕业于同济大学土木工程
专业，工学学士，2006年毕业于同
济大学桥梁与隧道工程专业，工学
硕士。研究方向：桥梁设计及工程
总承包
E-mail：sunycgz@ 163. com
MENG Xiao-liang
孟晓売
1985 —，男，工程师
2007年毕业于同济大学土木工程
专业，工学学士，2014年毕业于同
济大学桥梁与隧道工程专业，工学
博士。研究方向：大跨度桥梁结构
设计理论
E-mail：xiaoliang678324@163. com WANG Hong-xin
王洪新
1973 —，男，高级工程师
1995年毕业于上海铁道大学铁道
工程专业，工学学士，2003年毕业
于同济大学岩土工程专业，工学硕
士，2009年毕业于同济大学道路与
铁道工程专业，工学博士。研究方
向：桥梁与地下工程设计与施工
技术
E-mail：tjwanghongxin@ 163. com
(编辑：王娣
)
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