张晶

（中国铁路济南局集团有限公司工务部，济南 250001）

支座作为梁部的支点，是各种荷载集中作用的部位，在整个桥梁结构中支座是极其重要的组成部分，支座的性能关系到桥梁乃至整条线路的整体性能［1-2］。我国既有普通铁路和煤运重载铁路经过长时间的运营，桥梁支撑体系出现了一些问题，尤其是重载的长期适应性问题更为突出［3-5］。部分桥梁支座出现了支座位移超限、限位销剪断等病害，个别支座损坏较大，已开始逐渐更换［6-7］。

近几年对铁路辊轴支座的病害调研发现：①螺栓松动或丢失、支座防护罩缺失、支座锈蚀等［8-10］病害，通过正常的养护维修即可消除；②支座纵向位移过大且无法复位、支座的销子摆卡被剪断、螺栓被剪断或拔掉等问题，则需要更换支座部件或直接更换支座。如果任由病害长期发展，可能会对运营安全造成隐患。因此本文以京沪线曹家圈黄河大桥为例，介绍辊轴支座的病害成因及整治方案。

1 桥梁支座病害情况

1.1 工程概况

京沪线曹家圈黄河特大桥的正桥由1联4孔（112+120+120+112）m穿式连续钢桁梁及1跨64 m穿式简支钢桁梁组成，正桥连续钢桁梁的质量为3 792 t，主梁中心距为10 m，梁高13.4 m；在110#—114#墩上设辊轴支座（图1），支座高度为1.26 m，由上摆、下摆、辊轴、底板、连接件及锚固螺栓组成。辊轴是实现活动支座移动功能的部件，为防止其倾倒，在辊轴两端嵌有牙板，并插入上摆和底板的槽口内，随辊轴一起转动。上下2块连接板通过螺栓连接在辊轴上，辊轴转动时连接板做水平移动。

图1 辊轴支座

1.2 病害情况

调研时发现114#墩活动支座中间辊轴端部螺栓被剪断，牙板与辊轴脱离，中间辊轴倾斜严重，不再随两端辊轴一起移动。110#墩活动支座中间辊轴连杆螺栓被剪断，辊轴倾斜，病害情况见图2。

图2 辊轴活动支座病害

1.3 病害分析

支座将桥梁上部结构荷载传到下部结构，受力复杂，养护困难，属易损结构。该桥位于京沪干线，车流密度大，随着支座服役时间的增加，各摩擦副不断产生磨损，出现辊轴不均匀滚动，导致连接件承受较大的附加力而产生变形甚至损坏，辊轴倾角进一步加大，造成支座无法行使其正常功能。

2 支座病害整治方案

2.1 方案设计

整治辊轴支座病害主要有2种方案：①扶正歪斜辊轴，在支座下摆和支座底板上固定带牙板槽口的钢板，在中间辊轴上增设牙板；②更换支座。2002年采用方案①对114#墩进行加固处理，加固后暂时消除了病害，但2005年再次出现病害并不断恶化。结合其他辊轴支座病害整治经验，采用方案①的加固措施已不能根治该类病害，因此选择更换支座的方案。

更换支座有2种形式，即采用原辊轴支座形式和采用滑动平移式支座代替辊轴形式。前者更换整个支座，包含上下摆和辊轴，后者只更换支座的辊轴。原辊轴支座形式是通过辊轴实现传力和平移、支座上下摆来实现转角变位，满足支座的传力和适应钢梁变位的使用功能；但施工时需全部拆除旧支座才能更换新支座。拆除后需设临时支座，梁顶起高度大，且施工期间需慢行，工期长，安全风险大。滑动平移式支座代替辊轴形式是通过上下摆接触面以面应力实现传力，以板间滑动来实现平移，通过支座上下摆来实现转角变位；施工时最大限度地保留了原支座部件，只需将辊轴抽出，推入滑动支座，施工工期短且方便易行。因此，选择滑动平移式支座代替辊轴形式更换支座。

2.2 支座选型及尺寸

新制支座应满足如下基本需求：

1）使用性能要求。根据《济南黄河大桥竣工图》，原边墩为单向活动支座，设计承载力为7 090 kN，纵向活动位移量为±120 mm。

2）尺寸要求。支座高度应与原辊轴高度一致，上板及下板尺寸与原支座下摆及底板尺寸相匹配，并预留对应的横向限位卡槽；原支座地脚螺栓横桥向净距为900 mm，为方便新支座安装，要求支座横桥向宽度小于900 mm。

3）耐久性要求。支座铸钢要求采用ZG2700-500材质，滑动磨耗层要求设计使用寿命50年以上，滑动摩擦因数不大于0.05。

根据上述要求，新制支座设计基本尺寸如图3所示，同时设置了上下挡板防止支座滑出。

图3 新设计支座尺寸（单位：mm）

3 方案实施

3.1 整体布置

现场勘察发现110#和114#墩顶顶面操作空间均满足支座更换需求，支座更换整体布置如图4所示。

图4 桥墩支座更换整体布置

支座更换整体布置的主要装置包括：

1）顶升千斤顶。原支座设计承载力为7 090 kN。为获得准确顶升力，采用有限元软件MIDAS/Civil对整体结构进行建模计算（图5）。通过计算可得结构顶升45 mm所需单点顶升力为2 860 kN。本次顶升千斤顶单点选取4×2 000 kN千斤顶，顶升力为8 000 kN，安全系数在2倍以上。千斤顶要求可以进行单个锁定和区域锁定，并保持恒定的荷载和位移。千斤顶布置于原横梁临时支撑位置，单个桥墩共布置8台顶升千斤顶。千斤顶底部支撑采用钢垫块临时支撑，底部设置四氟滑板以适应主梁的顺桥向位移，顶部布设钢垫块以扩大顶升力的分布范围，减小应力集中。

2）辊轴滑道。辊轴支座沿横桥向向外拖出，滑道采用型钢配合钢板调平，滑道顶面基本与原支座辊轴底面标高一致。

3）新支座滑道。新支座滑道布置于引桥侧，滑道采用型钢配合钢板调平，滑道顶面基本与原支座辊轴底面标高一致。

4）横向限位。为避免由于横向温度梯度造成顶升过程中桥梁产生横向位移，顶升前需增设横向限位装置。在桥墩上设置限位架，钢桁梁上设置反力架，在反力架及连接型钢之间设置橡胶板，实现横向限位。

图5 顶升力计算模型

3.2 支座更换步骤

支座整治采用滑动平移式支座更换原支座辊轴，由于原辊轴与下板之间设置卡槽，须将梁体顶升45 mm后取出辊轴，施工流程如下：

1）施工准备。新支座加工、人员和机具进场、脚手架搭设、桥墩清理、原辊轴及新旧支座滑道布设；新支座就位、钢垫块及顶升设备等就位，横向限位装置安装、下摆临时锁定等。

2）试顶升。封锁铁路上下行120 min，开启泵站，顶升至主梁脱空2 mm时停止。检测主梁、墩身结构及千斤顶同步顶升系统是否正常工作。检测合格后，千斤顶卸载，恢复原支座的受力状态。

3）顶升更换支座。封锁铁路上下行180 min；解除边墩附近20 m范围内轨道扣件；8台千斤顶同步顶升钢梁45 mm；拆除支座牙板，抽出辊轴；安装新支座及上下挡板。

4）同步落梁，恢复线路。支座安装到位后，各支点同步落梁至原标高，恢复桥面线路扣件。

5）线路检查开通。检查并确认线路和钢梁状态，达到放行列车条件后开通线路。

3.3 施工监控

为保证顶升过程的同步性，整个位移顶升过程用位移传感器进行实时动态监控，监测内容包括：

1）竖向位移

顶升及落梁过程需严格控制顶升量及单墩顶升位移不同步误差，需要在每个顶升点布设竖向位移传感器进行实时监测。顶升位移控制在45 mm，单墩顶升位移不同步误差控制在2 mm以内。

2）横向位移

受横向温度梯度的影响，梁体顶升过程中可能产生横桥向位移，需严密观测梁体的横桥向位移。因此，在每个顶升点布设横向位移传感器。

3.4 实施效果

2016年10月对110#和114#墩病害支座辊轴进行了更换施工，截至目前新支座工作状态良好。

4 结语

本文采用滑动平移式支座代替辊轴的方案能彻底解决辊轴支座病害，具有对铁路运营影响小、方案安全且方便易行的优点，可为今后既有辊轴支座的病害整治提供参考。