1、基于 ANSYS 参数化建模(APDL)技术的分级分步顶升法【摘要】公司形成的“基于 ANSYS 参数建模(APDL)技术的分级分步顶升法”具有明显的工艺创新性、安全可靠性及资源节约性。研究成果已在多个大中跨径连续箱梁支座更换施工中得到实践和检验，取得良好效果 【关键词】高速公路；工艺；施工方案；工程实例 中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 高速公路改扩建工程是一项复杂而艰巨的工作。扩建方式的选择需要结合地方路网规划建设情况，充分考虑当地经济社会发展及道路交通量分布与组成情况以及节能、环保、人文景观特点等要求。扩建改造中的旧桥加宽项目逐渐增多，新旧桥拼接技术方
2、案逐渐成熟。旧桥加宽改造如何在满足旧桥结构安全的前提下，保证新旧桥梁受力分布合理、结构安全，存在着许多复杂的技术难题。大跨径连续箱梁支座更换顶升方案的确定，是决定旧桥扩建施工能否优质高效完成的关键工序之一。通过对影响更换支座施工的关键技术进行深入专题研究，组织技术人员对多座在建或已建成桥梁顶升工程进行实地调研，成功的破解了在维持交通情况下对现浇连续箱梁进行顶升支座更换的技术问题。形成的“基于ANSYS 参数建模(APDL)技术的分级分步顶升法”具有明显的工艺创新性、安全可靠性及资源节约性。研究成果已在多个大中跨径连续箱梁支座更换施工中得到实践和检验，取得良好效果，对同类工程的实施具有参考价值和
3、推广意义。 2 工程实例 泰莱高速公路冯家庄互通立交桥改造工程 泰莱高速公路冯家庄互通立交桥改造工程的主体工程-冯家庄主线跨线桥始建于 1994 年。上部结构为 15+18+18+15 米钢筋砼现浇连续板，下部结构：桥台为柱式台、桩基础，桥墩为薄壁墩、承台、桩基础，桥面铺装为 13cm 水泥砼。桥梁全长 69.78 米，桥面单幅总宽度为 10.3 米，斜交右上角 87.9 度。根据改造设计要求，对该桥支座进行更换。需对该桥上部结构进行顶升约 1.5-2cm.上部结构经计算为 1750 吨。该桥支座更换采用“基于 ANSYS 参数建模(APDL)技术的分级分步顶升方法”进行施工，不搭设额外的反力
4、支架体系，不影响桥下交通，以较小的设备投入，安全高效地完成了制约项目总体工期的关键工序，并取得有效节约成本的良好效果。 3 适用范围 3.1 适用于旧桥支座更换；抬高主梁增加桥下净空；路线标准升级纵坡调整；特别适用于大跨径现浇连续箱梁的支座维修更换； 3.2 适用于需要维持交通立交桥、高墩桥梁、深水桥梁等连续梁桥，施工空间受限，不宜搭设临时反力支架或搭设反力支架成本太高的更换支座施工； 3.3 适用于旧桥竣工资料、旧桥试验检测评定报告等参考数据齐全可靠的项目。 4 工艺原理 4.1 将旧现浇连续箱梁划分为逐孔、逐联等顶升单元，配备相应液压顶升设备。利用桥梁墩台作千斤顶反力支撑点，采用分级分步同
5、向液压顶升施工方法。通过 APDL 模数技术分析计算，在满足桥梁混凝土强度和变形挠度控制要求的前提下，计算、验证并确定分级顶升行程数据和分步实施顺序。按照既定的分级、行程、顺序、方向步骤实施梁体顶升至全桥梁体达到设计高程后更换支座，再按照顶升时的反向操作，逐级卸落梁体，完成支座更换工序。 4.2 顶升系统控制流程图： 计算确定单元分级控制行程数据和顶升顺序第一单元第一级顶升与临时固定逐单元第一级顶升与临时固定第一单元下一级顶升与临时固定逐单元下一级顶升与临时固定全桥梁体达到设计顶升高程并临时固定更换支座反向操作落回梁体检验检测质量评定。 5 施工方案 5.1 施工准备 (1)人员安排：为保证顶
6、升的顺利进行，施工现场设置专门指挥机构。设置现场总指挥 1 人，副指挥 1 人，并设梁体监测组、液压控制组、操作观测组。出现异常情况小组长立即与副指挥联系，副指挥及时到达桥下支座处检查，将细节情况汇报总指挥。 (2)设备材料安排及检查验收调试合格。 (3)工作平台：靠近桥台或围绕立柱用钢管搭设支架，作为工作平台。(4) 千斤顶的检查调试及安装。 (5)在施工的过程中需临时封锁被顶升桥面道路交通。 5.2 顶升系统安装、调试与试顶升： 本桥顶升设备采用 5 台液压泵、36 台液压千斤顶。液压泵放置在桥面上，安装完成后，进行顶升系统的调试。 试顶升：准备工作检查齐备后(如检查垫块、千斤顶安装、承力
7、支撑点、所有施工设备及材料等)，千斤顶同时开动，进行试顶，按顶升程序进行顶升控制，试顶高度 2mm，并持载 5min 以上后卸载。卸载后认真检查各控制系统，检查重点：所有油封有无漏油现象、千斤顶有无异常划痕现象、供电线路有无过载发热等。 卸载后同时还应认真检查千斤顶上下垫钢板有无变形现象，必要时可调整钢板的厚度以满足顶升要求；检查千斤顶放置位置下结构物有无异常变化，如存在，应认真查出原因适当处置后方可正式顶升，试顶升结束后，汇总桥梁整体姿态、结构位移测量数据等情况，为正式顶升提供依据。卸载检查结束后组织评审会议，把出现的问题及时协调处理，明确对于组织机构、信息传递及反馈等过程控制中的改进等。
8、5.3 正式顶升前准备工作： (1)人员培训：所有参与顶升的施工人员进行严格分工，在进入现场前进行技术培训。 (2)已确定观测点。交验点的确定:在每个桥墩处相应的桥面顶上取5 个断面，每断面顺桥向设 3 个监测点，一点在千斤顶轴线上，另两点在轴线两侧四分之一跨径处，分别用于监测顶升过程中桥梁的标高及中线位置变化并作为顶升结束后的交验点。顶升前应测得标高点初始值，以便顶升完成后进行复核。 (3)桥梁伸缩缝周边不存在连接现象。 (4)顶升系统可靠性检验、顶升系统测试已完成，无异常现象。 (5)设置限位装置：桥梁横向依靠抗震防滑块限位，纵向用钢楔块在伸缩缝处做限位装置。 5.4 正式顶升 试顶完毕，
9、在专业人员的统一指挥下千斤顶分组整体顶起梁体，顶升时各组千斤顶同步上升，各顶之间以位移分级控制，开始以 3 毫米为一级，每一级到位后统一停止，加专用垫块,检查各顶的情况，确保工作状态良好后再进行下一级顶升，如此反复。顶升高度达到高于支座设计高度 15-20mm。为了确保每片梁均匀同步升高，分级分步顶升过程中做好测量、记录工作，确保梁体、桥面系、支座更换维修前后一致。 工艺流程： 1)、按 0#台向 4#台的顺序，先打开 0#台油泵，将其所控制 6 个千斤顶同步上升 3mm,到位后立即对讲机联系油泵操作手关闭进油阀，停止加压。2)、如 1 步骤没有问题，按照第 1 步办法，打开 1#台油泵，将其
10、所控制 8 个千斤顶同步上升 3mm, 到位后立即停止。3)、相继开动 2#，3#， 4#桥台处油泵，各顶升 3mm，并停止。第一轮顶升完毕后，系统检查位移，桥梁变形，确定是否进行下一轮的顶升。4)、如果桥梁未发现异常情况，则进行下轮顶升。如此轮番循环顶升，直至全桥上升 1020mm后，支座与混凝土之间有足够工作间隙，将钢垫块塞紧。桥梁荷载转换至钢垫块上后，即可更换支座；支座更换完成后，开始落梁，落梁施工按照顶升反向操作。 5.5 支座更换 (1)旧支座拆除:用钢钎将支座撬活动后，人工抽出即可。支座与桥顶的粘接牢固，不易拆除，作业时准备扁铲、电镐、手锤、撬棍，用敲击、撬动的方法拆除。 (2)新
11、支座安装：顶升到位后，利用盖梁顶纵横线标出原有支座位置并画十字中心线，框出矩形框，确保新支座放入原有位置。旧支座拆除后，测量原有梁底钢板四角至盖梁的垂直距离，以原有支座上钢板为基准减去新支座厚度后，计算的厚度确定环氧砂浆的厚度。将桥顶支座位置找平、清理干净、吹干、按原位置铺设环氧砂浆，然后放入新支座。 5.6 卸载落顶 如需环氧砼处理，则须待环氧砼达到一定强度后，按照顶升反向操作进行分级落顶卸载。卸载过程中，要做到同步、慢放，同时设置观察员，对梁体变化随时观测，一旦梁体出现变形等异常现象，应立即停止卸载，查明原因、消除危险后再进行卸载工作。 6 效益分析 6.1 经济效益： 经工程实践测算，本方法与搭设反力支架体系的同步顶升施工相比较，施工总费用仅占后者的三分之一至五分之一，并随着工程规模的增大，成本节约优势更加明显。 6.2 社会效益： 该方法不搭设额外的反力支架体系，不影响桥下交通，减少对当地经济社会的不利影响；该方法施工不封闭交通，避免了高速公路管理部门的通行费收入损失。
