完整版中河立交桥一期支座更换设计与施工管理毕业设计.docx
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完整版中河立交桥一期支座更换设计与施工管理毕业设计
中河立交桥一期支座更换设计与施工管理
【摘要】本设计为满足中河立交桥一期支座更换需要。
中河立交桥一期建于1989年，地处跨越运河上方，连接中河高架、上塘高架的重要交通枢纽桥梁。
其中运河以北现为一22m+47m+21.4m三跨变高连续梁桥；而运河以南现为16跨简支空心板梁。
设计时根据原设计要求及实地踏勘了解支座现状和病害情况，充分考虑原设计图纸和支座的病害因素，掌握本线路的设计标准，确定支座更换方案的设计。
设计完成后进行支座更换施工管理，在施工管理过程中针对设计中出现的问题，再进一步进行修改。
对满足要求的设计进行施工组织选用适当方法。
为保证国家投资效益和企业经济效益，做到概算准确是其中不可缺少的重要环节。
本设计完成以下设计任务：
支座更换设计、施工管理。
【关键词】中河立交桥支座更换设计施工管理
【Abstract】
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
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 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
第一章绪论
随着城市化建设快速发展，改革开放的不断深入，社会经济得到快速发展，城市面貌日新月异，城市品位提高了，市民的居住、出行环境也相应得提高了。
然而桥梁作为城市不可缺少的一部分，应从设计角度上、施工工艺上、审美观念上、城市品位上、建筑规模上做足文章，来充分突显一座魅力城市的丰富内涵和文化底蕴。
桥梁在城市发展进程中发挥着不可替代的作用，而对桥梁养护有了新的标准，特别是上世纪70年代、80年代、90年代初的桥梁相继经历十年、甚至几十年的运营，桥梁结构也相应出现这样那样的病害。
现如今比较普遍存在的结构性病害有：
梁板位移、盖梁及梁板钙化、裂缝、支座脱空与滑移及错位、砼桥面裂缝等等。
目前我们针对产生的这些病害逐一制定相应修复方案进行解决。
下面具体介绍中河立交桥一期的支座更换。
第二章支座更换工程简介
2.1工程概况
杭州市中河立交桥一期建于1989年，以后又分别修建了二期和三期，为互通式立交桥，设计荷载为汽-20，挂-100。
一期机动车道工程可分为三个部分，运河以北原为16m钢筋混凝土预制空心板梁，现已全部改为箱梁并与上塘高架连接；跨越运河的为22m＋47m＋21.4m三跨变高度连续梁桥；运河以南原来为20跨简支空心板梁，板梁跨径有8.4m、16m、23.3m三种，梁高分别为70㎝、75㎝和105㎝。
原设计中20跨板梁为连续桥面体系，只在首尾设置伸缩缝。
后因中河高架建设，将靠近中河高架二期的四跨拆除，现剩16跨简支空心板梁，墩号自北向南编为“中高墩01＃～17＃”。
01＃～02＃墩之间因中河立交桥二期建设在此跨西侧接一机动车匝道，故此跨桥面板只剩15片板梁，西侧与机动车匝道相接，其余各跨均由16片板梁组成。
其中01＃墩～02＃墩与05＃墩～06＃墩之间均有二层非机动车道通过。
中河立交桥自建成通车至今已有17年历程，桥梁在运营阶段承受车辆荷载和温度等作用，已经引起部分结构与材料的性能退化和局部病害。
尤其是部分支座已经出现了病害，表现为橡胶支座老化开裂、钢板严重锈蚀、支座上下错位过大、部分梁体出现较大的滑移等情况。
2.2支座现状、危害及对策
2.2.1支座布置情况
本次工程包括的01＃～17＃墩上共有支座974个。
每个墩上各有南北侧两排支座，其中01＃墩有44个，02＃、03＃、09＃～12＃墩各有支座60个，05＃～08＃墩各有支座64个。
13＃～16＃墩各有支座56个，04＃墩上支座62个，17＃墩上北侧支座28个。
原设计将09＃墩设置为固定支座（普通板式橡胶支座），其余的均设为滑动支座（四氟板式橡胶支座）。
2.2.2存在的主要病害
根据现场踏勘及华东堪测设计研究院工程检测研究中心的报告，桥梁的主要病害为：
表1支座状况定义表
等级
状况
特征
①
完好
1、各部分清洁，完好，位置正确
2、活动支座伸缩与转动正常
3、锈蚀厚度<0.2mm
②
较好
1、支座有尘土堆积、锈蚀厚度0.2～0.5mm
2、支座滑动面干涩
③
较差
1、钢板严重锈蚀，锈蚀厚度0.5～1.0mm
2、橡胶支座开始老化
3、混凝土支座有剥落、露筋现象
④
坏
1、钢支座有组件出现断裂，锈蚀程度厚度>1.0mm
2、橡胶支座老化开裂
3、混凝土支座碎裂
4、活动支座坏死，不能活动
5、支座上下错位过大，有倾倒脱落的危险
危险
支座错位、变形、破坏严重，已失去正常支承功能，使上下部件受到异常约束，造成支承部位的缺陷和桥面的不平顺。
报废
支座破坏严重，失去正常支承能力，使上部结构受到异常约束，造成桥面不平顺，已无修复价值。
1、中高墩01＃（以下简称01＃墩）的支座损坏程度最严重，出现了支座钢板锈蚀、支座混凝土碎裂、支座严重错位等状况，达到表1内定义的4类标准的占全部支座的68.2％，严重的09＃墩和12＃墩上支座损坏达到4类标准的分别为20％和21.7％，较严重的07＃和08＃墩支座损坏程度达到4类标准的为14.1％和12.5％，其余墩上支座损坏程度达到4类标准的都在10％以下，有的墩上没有支座达到4类损伤标准。
2、就支座的滑移错位情况来看，01＃墩南侧支座滑移最为严重，检测报告表明南侧30个支座中有4个支座严重错位，2个支座有错位，所有的支座都达到4类损坏标准。
另外，11＃、13＃墩南侧30个支座中也有6个支座上的钢板与橡胶板发生了分离，其余墩台上的支座滑移程度较轻微。
3、01＃～02＃墩之间的梁体出现了较大滑移，部分支座上钢板已经露出承台边缘。
为防止滑移增大，现在01＃墩南侧已打入木楔加固。
2.2.3造成病害的原因
分析造成病害的原因，大致有以下几点：
1、支座钢板锈蚀的原因可能是：
渗水是造成钢板锈蚀很重要的因素；另外产品在生产时未注重防腐工作，也是造成钢板锈蚀的原因之一。
2、部分支座的橡胶已经出现了老化开裂。
这很可能是当时建造时，橡胶支座的质量与制作工艺未达到现在的要求所致。
3、引起支座的错位和滑移的原因很复杂。
首先温度、收缩徐变引起的变形会造成整个桥面板的位移，导致支座出现错位；17年运营期间，中河立交桥的交通流量非常大，汽车制动力造成的梁体位移累计相当可观，由于支座的原因，这种位移又不具有可恢复性。
另外，个别支座的错位很可能是当时施工吊装不到位造成的。
4、梁体自重造成的滑移。
原设计将运河桥以南的立交桥设计成20跨一联的连续桥面体系，全长过大，桥梁纵坡最大纵坡达到2.6％，而整个桥面的纵向约束过少（只在09＃墩设置了固定支座，其余均为滑动支座）。
梁体在长期的重力荷载作用下产生位移，超出板式支座的正常变形范围，造成支座的损坏。
2.2.4可能造成的危害
桥梁支座的主要作用是承受桥梁结构的恒载和活载，并将之传递到桥梁墩台上，同时满足桥梁恒载、活载、温度变化和混凝土收缩徐变等因素下产生的位移和转动。
如果任由其发展，可能造成的后果是：
1、支座钢板的锈蚀使支座内的橡胶失去保护，钢板与梁体和盖梁脱离，加速支座的损坏；
2、橡胶的老化开裂造成滑动面的干涩，梁体的转动位移受到限制，上部结构受到异常约束；同时支座功能削弱，会影响下部结构受力；
3、支座的错位和滑移造成支座受力不均和应力集中，加速支座的损坏，并使支座失去正常的支承功能；
4、梁体的滑移则会造成支座脱落，梁体失去支承后，将支承力分摊在桥面横向联系上，将造成桥面联系的损坏；过大的梁体滑移会造成落梁的严重后果，危机行车安全。
2.2.5解决问题的对策
为了解决上述问题，政府管理部门杭州市市政设施监管中心于2005年12月为此召开专家会议。
经过与会专家的讨论以及会后的意见汇总，建议采取如下措施：
1、中河立交桥在杭州市交通运输中发挥着极大的作用，属于城市重要桥梁，为保证桥梁的安全运营，避免整治后短时间内多次维修和施工对交通造成影响，决定更换所有支座。
2、采用高质量的支座，对上下钢板进行防腐处理，保证产品在设计年限内不出现质量问题；
3、优化设计。
桥梁目前16跨一联的桥面连续结构形式变形过大，超出了板式橡胶支座发挥的正常长度，建议改成三联：
第一联01＃～06＃墩，第二联06＃～11＃墩，第三联11＃～17＃墩。
同时在每一联设置两排固定支座增加纵向约束，并在每一联的首尾增加伸缩缝。
第三章支座更换设计
3.1设计原则
1、更换支座时必须保证桥梁结构安全，不能因为更换支座而损坏桥梁。
更换支座后，桥梁仍能满足原设计要求和今后的运营要求。
2、由于更换支座时，必须要将梁体整体顶升，所以在更换期间可能对交通有一定的影响，采取对机动车进行限速40码的要求，无需中断交通，故要求施工方便、工期短，尽可能减少对交通的干扰。
3、方案应具有较好的经济性和可行性。
3.2研究对象、目的及要求
本次研究对象为中河立交桥一期运河以南01＃～17＃墩之间的支座，其余支座不在本次研究范围内。
根据有关资料和现场踏勘，对支座状况进行评估分析，对必须更换的支座提出更换的方法，改善支承条件，延长桥梁的使用寿命，保证其安全运营。
要求支座更换方案不破坏桥梁构件，施工方便，工期短，对交通影响小，有较好的经济性和可操作性。
同时尽可能在设计中消除以前产生病害的原因，从根本上避免出现同样的病害。
3.3设计依据
设计的主要依据如下：
1、杭州市中河立交桥工程施工图
2、杭州市中河立交桥工程竣工图
3、杭州市中河立交桥一期支座及梁体构件外观检查报告
4、相关规范及标准
3.4方案选择
桥面连续的简支空心板结构更换支座一般有两种方法:
1、单块板吊装更换。
先断开桥面板之间的纵横向联系，即断开跨与跨之间的连接，清除桥面铺装和桥面板之间的铰缝，然后用吊机起吊桥面板后更换支座。
这种方法的优点是不需要搭设支架，施工方便。
缺点是工程量大，施工时间很长，对交通影响很大。
从工程实际情况而言，中河立交桥连接中河高架和上塘高架，是现杭州市区内唯一一条南北向的高架道路及快速干道，桥上交通流量非常大，长时间中断交通的可能性不大。
根据设计原则，这种方法显然是不符合要求的。
2、整体顶升法更换。
顾名思义整体顶升法是将桥面板整跨或整联的抬升，这种施工方法的优点是工程量较小，施工时间相对较短，对交通的影响较小，不足之处是需要特别的顶升设备和设施，施工中对设备和人员的要求较高，需要有经验的施工单位来施工。
根据桥面板顶升的范围，可以分为三种整体顶升更换方式：
（1）、单跨顶升更换法。
即断开每跨之间的桥面联系（包括铺装层、栏杆及照明线路），使被顶升的桥跨成为完全简支，再使用顶升设备将整跨顶升后更换支座。
这种方法的特点是能够将施工时间缩短，但整个工程对交通的干扰很大，且需要有专门的顶升设备，有时还需要配备相应的顶升设施，工程前期投入较大。
而在承担重要交通枢纽任务的中河立交桥出现3～6个月的交通中断几乎是不现实的，因此这种方法不符合工程实际情况。
（2）、单墩顶升更换法。
即在不断开桥面联系（不包括栏杆）的前提下，只在单个桥墩处使用顶升设备顶升桥面板，待桥面板抬升到一定高度（H≤10mm）后再进行支座更换。
这种方法的特点是不需要断开桥面联系，只需使用顶升设备在桥墩处盖梁上强行抬升桥面板。
与前一种方法相比，这种方法的施工时间短，对交通的干扰很小。
但是由于没有断开桥面联系，对桥面板的抬升类似于连续梁的强迫位移，因此需要更大的顶升力，而作为顶升设施的下部基础盖梁完全能符合施工要求。
这种方法对交通造成的影响很小，因此完全可以考虑采用。
（3）、一联（数跨）顶升法。
即首先将中河立交桥需要更换支座的16跨简支梁按5～6跨断开首尾的桥面联系，然后将这5～6跨桥面板作为一联顶升。
这种方法的特点是能够将桥面板顶升的次数和时间大大缩短，从而使工程对交通的干扰减少到最低限度。
但是缺点在于。
①、投入大。
由于同时顶升5～6跨桥面板，因此设备（千斤顶、支架）投入是上面两种方法的5～6倍，相应的人员配备也要增加。
虽然整个工期可以缩短，但是工程费用可能上面两种方法的2～3倍。
②、技术含量高。
一联顶升的难点在于如何协调顶升设备（即千斤顶）协调工作。
如果各个千斤顶之间的行程差过大，桥面板之间的铰缝就会破坏，因此各个千斤顶之间的行程量必须控制在允许范围内。
经过计算，顶升一联需要千斤顶大致约50～60台，协调这些数量的千斤顶同步工作需要非常精密的仪器设备和严密的施工组织，对施工队伍的要求很高。
③、顶升过程时间长。
虽然一联顶升所需的总体时间是最短的，但是其单位顶升时间却是最长的。
因此顶升时支点多、设备复杂，人员协调较困难，工程的不可预测性较大，具有较大的不确定性和风险性。
综合以上原因，不推荐一联顶升的方法。
综合以上分析，优先推荐单墩顶升法。
这种方法是最经济也是最安全稳妥的，是整体顶升法的首选。
采用此法应事先选择一个桥墩进行试顶，试顶成功进行推广。
3.5方案设计
根据方案选择的思路，采用单墩顶升法，中河立交桥一期支座更换的顶升体系主要由盖梁、顶升设备和支架三部分组成。
由于支座旁拥有的空间有限，不够放置千斤顶，应充分利用盖梁现有空间。
采取利用盖梁作为支撑点，要求盖梁与梁底的空间高度大于7cm，清除盖梁与梁板之间的砂石及垃圾，凿除松散的混凝土，并用吹风机吹净，测量盖梁与梁底的空间高差，对于盖梁顶到梁底高度小于7cm，要用电锤在盖梁上放置千斤顶位置破除保护层进行开槽并修复平整，开槽宽度25～28cm。
顶升设备为液压扁形千斤顶、高压电动油泵、平衡分流阀、百分表和钢垫块。
设计考虑千斤顶的尺寸Φ200Х60mm，设计行程为2.5cm，但最大行程不能超出2.0cm。
高压电动油泵用以控制顶升压力数值，经计算确定最大压力值为P≤16MPa。
用百分表读数控制抬升高度。
平衡分流阀控制油压平均分配到每个千斤顶上。
钢垫块用以调节千斤顶的高度。
考虑到施工简便，支架由Φ600Х8mm的钢管用连接件联结而成。
为了节省材料和方便运输，将钢管设计成若干节段，根据桥墩的实际高度选择节段进行拼接。
3.6顶升设备
顶升设备包括液压扁形千斤顶、高压电动油泵、平衡分流阀、百分表和钢垫块。
钢垫块主要用于调整千斤顶的高度，保证能够贴近桥面板。
表2桥面板自重统计表
规格
部件
单位自重G（T）
数量
总重（T）
16m简支梁，70cm梁高
中梁
17.21
14
241.00
边梁
24.70
1
24.70
桥面铺装
72.85
1
72.85
栏杆
14.86
1
14.86
恒载总重
353.41t
16m简支梁，75cm梁高
中梁
17.84
14
249.73
边梁
25.83
1
50.65
桥面铺装
81.10
1
81.10
栏杆
14.86
1
29.71
恒载总重
411.20t
23.3m简支梁，105cm梁高
中梁
31.43
14
440.00
边梁
42.33
1
84.67
桥面铺装
118.10
1
118.10
栏杆
21.63
1
43.27
恒载总重
686.04t
千斤顶的选取是根据顶升桥面板所需的支承力并考虑一定的安全储备系数。
采用单墩顶升法，在无需断开桥面联系，桥跨的重量（桥跨重量见表2）由两边的千斤顶均摊。
根据桥面板的宽度和重量，选取28～32个千斤顶是比较经济和安全的。
设计拟采用每边14～16个千斤顶，每个千斤顶之间的距离30或35cm，则最大需要71.16t的顶升力。
这样选用定推力为100t的千斤顶完全能够满足荷载要求。
采用单墩顶升法，在没有断开桥面联系的前提下强行顶升桥面板，理论上千斤顶的顶升力类似于连续梁强迫位移时的支反力，而桥跨间的桥面联系相当于一个具有抗弯弯距的弹塑性铰。
但在实际计算中，要精确的模拟出这样一个弹塑性铰是很困难的，即无法通过计算模型得出单墩顶升时所需的顶升力。
但如果简化计算模型，将顶升处的连接条件改为刚性和铰接就能够得到比较准确的顶升力。
显然，工程所需的顶升力要小于两跨刚接时的顶升力而大于铰接时的顶升力。
经过计算，在顶升位置上升10mm时，两跨间为铰接时最大顶升力为51.97t，而两跨间为刚接时最大的顶升力为85.99t，梁体顶升的拉应力为小于等于16MPa。
如果同样采取每排16个千斤顶顶升，根据刚度分配原则千斤顶最大的定推力为113.5t。
单墩顶升法其优点时顶升前不需要断开桥面联系，顶升时注意观察桥面情况，尽量不破坏桥面，这样可减少桥面施工的工程量以及交通的影响。
3.7支座分布情况
原支座受力上符合设计荷载的要求，而且梁底的空间不允许更换其他型号的支座。
因此新换支座的尺寸仍可参照原设计标准，具体尺寸可根据竣工图纸确定。
但需加设固定支座以增加纵向约束，即在03＃、04＃、08＃、09＃、13＃和14＃墩处放置普通板式橡胶支座，其余墩放置四氟橡胶支座，参见表3。
表3支座尺寸略表
适用墩号
下钢板
氯丁橡胶支座
四氟板
不锈钢板
上钢板
L1,L3,L14～L16
200×260×8
100×200×19
100×200×2
300×240×1.5
320×260×（H1～H2）
L6,L7,L9南，L8北，L10～L13
200×260×8
100×200×19
100×200×2
300×240×1.5
220×260×（H1～H2）
L2，L4
200×260×8
100×200×19
120×200×2
300×240×1.5
320×260×（H1～H2）
L8南，L9北
200×260×8
100×200×21
无
200×240×1.5
220×260×（H1～H2）
注：
L1为01＃墩～02＃墩之间的桥跨，其余桥跨编号依次类推
选择支座时钢板的材质为Q235A，并做好钢板防腐措施，具体步骤为：
喷砂除锈，要求达到Sa3级；电弧热喷铝不少于180μm;氟碳漆防锈底漆2道共计70μm;涂氟碳漆面漆2道共计70μm。
采用的橡胶支座的性能必须符合下列要求：
极限抗压强度：
≥70MPa;
抗压弹性模量：
[E]±[E]×20%;
抗剪弹性模量：
[G]±[G]×20%;
橡胶片容许剪切角正切值：
tgα≥0.7;
最小容许转角正切值：
tgθ≥1/300；
四氟板与不锈
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