更换吊杆

关键词：

更换吊杆（精选五篇）

更换吊杆 篇1

关键词：人行天桥,更换吊杆,支架,施工工艺

1桥梁概况

太原市某人行天桥为一座中承提篮式系杆拱人行天桥,主要结构由钢筋混凝土拱肋、桥面系、人行梯道和基础四部分组成。该桥修建于1988年,原设计人群荷载为4 kN/m2。

该桥南北两侧各设置一榀钢筋混凝土拱肋,拱跨45 m,拱斜向高度17.6 m,垂直高度13.97 m,拱脚部分为2.6 m长的变截面直线段,其余部分为变截面悬链线曲线段。两榀拱肋成50°水平倾角,拱顶靠拢并固结在一起,两拱肋在桥两端部设两道钢筋混凝土横梁。

桥面系由一纵向桥面和两横向桥面组成,平面呈Ⅰ字形。纵、横向桥面总宽均为4.4 m,桥面净宽均为4.0 m。

纵向桥面为全焊接钢结构,由主梁、悬臂梁、吊梁、桥面板和吊杆等组成,呈单主梁双悬臂结构。主梁全长39 m,断面为1.0 m×0.424 m的箱形钢结构,主梁中间由三对钢吊杆通过焊接在主梁上的吊梁悬吊于拱肋上,整个桥面系分为四跨不等跨连续梁。吊梁截面为Ⅱ字形变截面梁,截面高度0.4 m～0.25 m,长度1.7 m。悬臂梁焊接于主梁两侧,为Ⅰ字形变截面梁,截面高度0.258 m～0.108 m,悬臂长度1.7 m。桥面板与主梁、悬臂板和吊梁焊接成整体结构。吊杆作为桥面系与拱肋之间的传力构件,将桥面荷载传至拱肋。横向桥面为钢结构与钢筋混凝土组合结构,由横梁、悬臂梁和桥面板等组成。横梁为钢筋混凝土结构,截面为0.6 m×0.5 m,梁长14 m。悬臂梁为Ⅰ形变截面梁,截面高度0.258 m～0.108 m,悬臂长1.9 m。桥面板焊接于悬臂梁上与两侧横向桥面板形成整体。

2病害情况

1)混凝土拱肋表面局部存在起壳、脱落、露筋锈蚀现象。

2)6根吊杆锈蚀,特别在吊杆下端锚固件局部锈蚀严重,吊杆变形,中吊杆间横撑受力后弯曲变形。

3更换吊杆施工工艺

为确保吊杆的正常使用,保证结构承载能力,需对3对吊杆进行更换。吊杆更换采用临时吊杆法,可同时保证桥梁各部位的内力和应力不发生过大的变化,而且可以保持桥梁的线形,如果有必要还可以通过调整吊杆索力来调整桥梁的线形。此次更换的吊杆包括两对边吊杆和一对中吊杆和一根压杆,采用逐对拆除、更换的方法,吊杆更换施工顺序为:

1)拆除、更换东侧边吊杆。

2)拆除、更换西侧边吊杆。

3)拆除、更换中吊杆。

施工工艺:

1)在桥面上所要更换的吊杆处搭设临时支架。

2)在所要更换吊杆处拱肋上表面打磨出10 mm深度的卡槽,以保证三角垫块在施工过程中不会滑动。

3)将三角垫块放置在打磨好的拱肋卡槽中,上面放置临时钢横梁,临时钢横梁架设时应采取措施,保证其稳定性。

4)在桥面系上按设计位置切割出临时吊杆需要穿过的圆孔,在吊杆更换完成后,须将切割下的钢板与原桥面钢板焊接并打磨平整。

5)在桥下搭设临时支架,将临时吊杆通过桥面圆孔穿过桥面系上下的临时钢横梁,同时穿过放置在桥面系上面钢横梁上的千斤顶,安装监控设备,共需4根临时吊杆和4根临时钢横梁。用螺母将临时吊杆与钢横梁固定。更换边吊杆的临时钢横梁和临时吊杆布置见图1。

6)张拉千斤顶至设计值,通过计算边吊杆更换时每根临时吊杆要张拉至40 kN,中吊杆更换时每根临时吊杆要张拉至36.5 kN,此时,原吊杆处于无应力状态,且另外两根吊杆的应力和桥面系钢板应力均无太大变化。临时吊杆张拉必须逐级进行,每次张拉值不得大于总索力的20%, 持荷时间间隔不小于5 min。张拉到位后,通过螺母将临时吊杆固定。

7)拆除旧吊杆,在拆除前后要对吊杆处的桥面系标高进行测量,以保证桥面线形和新吊杆能够精确安装,若拆除前后标高有差异,可通过张拉千斤顶进行调节。千斤顶张拉至设计值之后,原吊杆处于无应力状态,此时通过拆除原吊杆上的锚固件将其拆除。

8)安装新吊杆,安装完成后千斤顶卸载。卸载同样采取逐级进行,每次卸载总索力的20%,直至临时吊杆上的力全部卸载。

9)临时吊杆上的力完全卸载后,测量桥面系线形,若线形与更换前有差异,可通过新吊杆上的调节螺杆进行调节。为保证调节螺杆不产生滑动,可在全桥吊杆更换完成并调整完桥面系线形后,将调节螺杆与其连接的吊杆焊接。

10)完成后拆除临时钢横梁、临时吊杆和临时支架,桥面系下面临时支架拆除前应先将吊杆下部端头防腐工程做好。

11)重复上述工序更换另外一对边吊杆。

12)更换中吊杆时,由于拱顶有混凝土连接块,可将临时钢横梁直接架立在拱顶连接块上,从而不设三角垫块,若钢横梁有倾斜,可通过加垫调平钢板进行调平,中吊杆临时吊杆布置见图2,其余工序与边吊杆的更换一样。中吊杆更换时,由于千斤顶放置于两拱肋外侧,应采取措施保证临时钢横梁的稳定性,千斤顶张拉要同步缓慢进行,张拉过程中,若发现受力不均,应立即停止张拉,调整后重新进行。

参考文献

[1]CJJ11-93,城市桥梁设计准则[S].

[2]CJJ69-95,城市人行天桥及人行地道技术规范[S].

[3]JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[4]JTG/T J23-2008,公路桥梁加固施工技术规范[S].

钢管系杆拱桥吊杆更换施工监控 篇2

1 工程概况

丁堡河大桥建成于2001-01,全长86.00 m,全宽17.2 m,双向4车道,设计荷载:汽车—20级,挂车—100。桥下通航净空:净宽50 m、净高5 m,桥型布置如图1、图2所示。上部结构采用1跨70 m钢管混凝土系杆拱,矢跨比为1∶5,拱轴线采用二次抛物线。钢管混凝土拱肋由2个Φ700 mm×10 mm钢管和10 mm厚缀板连接成哑铃形截面,内灌40号微膨胀混凝土;系梁采用预应力混凝土构件,截面高1.7 m,宽1.2 m;全桥共32根吊杆,每侧16根,吊杆间距4 m,吊杆截面采用91Φs5钢丝束;桥面系由凸型预应力混凝土横梁和钢筋混凝土桥面板组成;全桥共设4道风撑(2道K撑和2道一字撑)。

2011年桥梁专项排查发现该桥吊杆PE外保护层老化,普遍存在环状裂纹,其中右侧9#、10#吊杆PE外保护层断裂;吊杆底部锚固防护罩内普遍积水严重,吊杆内钢丝冷铸墩头锈蚀。为此,对吊杆底部锚固区钢丝采取止水防锈处理,修复吊杆外护套。

经相关技术人员现场查勘,将吊杆外保护层局部打开,初步判断吊杆中部内钢丝包裹完好,无漏水、无锈蚀现象。因无法通过无损检测手段了解吊杆下锚头和穿入系梁部分的钢丝束锈蚀情况,为确保桥梁运营安全,决定对丁堡河大桥先行更换4根吊杆。吊杆更换顺序为4#→10#→9#→2#。

2 有限元模型

根据既有的桥梁竣工图纸、吊杆更换设计资料,建立了相应的结构理论计算模型,对吊杆更换过程进行仿真分析。计算模型中系梁、拱肋、风撑等按照梁单元考虑,原桥吊杆、新吊杆以及更换过程临时吊杆按照桁架单元建立模型,模型中桥面板、桥面铺装等以荷载形式考虑。全桥单元总数为878个,其中梁单元558个,桁架单元320个,模型如图3所示。

3 吊杆更换监控

3.1 变形监控

3.1.1 系梁变形监控

系梁线形监控测点布置在纵桥向与各吊杆位置对应,如图4所示;在横桥向每断面横向布设2个,如图5所示,系梁线形监测点共布设32个。系梁线形(变形)监测采用自动安平水准仪+测微器,精度级别S1,配备使用5m的铟钢尺,按二等水准测量进行闭合测量。

3.1.2 拱肋变形监控

在拱肋上下游的L/4、L/2、3L/4截面(图4中1#、2#、3#截面)位置布设拱肋变形测点,以监测吊杆更换施工过程中的拱肋空间变位情况,测点布设在拱肋顶面,共布置360°反射棱镜6个,采用全站仪进行实时观测。

3.2 应力监测

通过以往测试经验和对国内元件及仪器综合分析比较,拱肋和系梁表面外贴式钢弦应变计采用JMZX-212A型智能弦式应变传感器,具有长期稳定性好、抗损伤性能好、焊接安装方便、埋设定位容易及对施工干扰小等优点。

选取吊杆更换过程中受力较大的拱脚、拱肋和系梁的L/4、L/2、3L/4等断面作为吊杆更换施工过程中的应力测试断面,如图6所示。拱肋上各断面布置测点2个,分别布置于截面的顶缘和底缘;系梁顶缘布置2个应力测点,如图7所示,共布置应力测点26个,测试元器件采用振弦式表面应变计。

3.3 吊杆索力监测

3.3.1 原桥恒载状态下的吊杆索力监测

原桥恒载状态下的吊杆内力是吊杆更换的目标内力值,在吊杆更换施工前,采用标定后的千斤顶进行张拉测定,同时利用频率法测定对应内力下的吊杆基频,采用JMM-268-1型索力动测仪。受导管内残留的环氧砂浆摩阻力影响,千斤顶实测吊杆索力大于理论计算值和动测法索力值。本次更换吊杆目标索力控制以理论计算值为主,桥面线形和实测索力值控制为辅。

3.3.2 临时吊杆和待更换吊杆附近吊杆内力监测

吊杆更换施工过程中,临时吊杆张拉及原吊杆割除阶段,主要应监测待更换吊杆附近吊杆内力及临时吊杆内力,临时吊杆采用Φ32 mm精轧螺纹钢筋,其内力测定主要采用千斤顶张拉读数方法,待更换吊杆附近的吊杆内力则采用频率法测定。

因短吊杆长度较短、刚度大、受力较为复杂,在待更换吊杆靠近短吊杆时,因短吊杆长度较短而常会导致采用频率法实测换算所得短吊杆内力与实际吊杆内力差异较大,因此吊杆更换施工过程中的短吊杆内力可采用在吊杆外缘粘贴应变计方法测定,以获得较为准确的测量结果。

3.3.3 新吊杆张拉及吊杆更换完成后内力监测

新吊杆张拉阶段吊杆内力测定采用频率法和千斤顶张拉读数法共同测定,以千斤顶张拉读数法测定结果为依据,建立新吊杆各级张拉内力和频率的对应关系曲线。新吊杆锚固后吊杆内力测定采用频率法,利用张拉阶段建立的张拉内力和频率对应关系,确定新吊杆锚固后的实际吊杆内力。

4 理论值与实测值对比

4.1 系梁变形

原则上吊杆更换前后桥面线形保持不变即高程不变,本文给出北侧4#、9#、10#及南侧2#吊杆更换前后相邻吊杆处系梁高程变化(见表1)。结果表明,更换前后桥面的高程变化基本与原桥恒载状态下的相吻合。

4.2 吊杆索力

南侧2#和北侧4#、9#、10#吊杆导管内环氧砂浆清除前后和吊杆减震器安装前后的频率法实测索力对比相差不大,有边界约束的吊杆固有频率有所提高。吊杆理论计算内力值见表2,吊杆更换前后及相邻吊杆的索力变化情况见表3～表6。从表2～表6中可以看出4根吊杆实测值与理论计算基本吻合,相邻吊杆实测值与理论计算值相差较小,吊杆更换前后索力变化基本在5%以内,偏差满足设计规范的控制要求。更换吊杆导管内填充油脂防腐。

4.3 拱肋系梁应力

各断面应力实测值均在设计规范允许值范围之内,实测应力值与理论计算应力值较为接近,且变化趋势相同,其大小均在设计规范容许范围之内,见表7。

5 存在问题

(1)本桥原设计吊杆下锚头导管区域内防腐措施是填充环氧砂浆,吊杆更换前下导管要清孔。鉴于导管内环氧砂浆密实、强度高,导管下部区域限于现有技术条件难以清除,且残留的环氧砂浆产生的摩阻力也难以实测,故千斤顶测索力法难以真实量测拟更换吊杆的目标内力。

(2)根据仿真计算分析,吊杆更换前需按荷载分级预张拉,在合理分级张拉至吊杆理论计算内力后,按每级50 kN逐级加载,以释放吊杆锚杯和预埋钢管间的环氧砂浆粘结力,使得吊杆锚固螺母能够顺利与锚垫板脱离,以系杆变形和临近吊杆频率变化控制吊杆预张拉力上限,确保吊杆更换安全和结构受力安全。4根吊杆更换松脱螺母的预张拉力计算上限值和实际张拉力值如表8所示。

6 结语

丁堡河大桥吊杆更换全过程经过全程有效监控,施工完成后的桥梁结构受力状态基本恢复至吊杆更换前的状态,满足技术规范和设计要求,可供同类桥梁更换吊杆参考。

参考文献

[1]赵洋.系杆拱桥吊杆更换研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[2]赵洋,焦洪波.混凝土系杆拱桥吊杆更换施工[J].施工技术,2011(9):33-36.

不损伤桥面更换拱桥吊杆的方法研究 篇3

吊杆是中、下承式拱桥的重要构件, 一般为高强钢丝或钢绞线外包防护PE组成的柔性索体。目前吊杆索体的设计年限一般约20年, 但由于桥梁运营期间的超载、缺乏管养等, 往往难以达到预期年限[1]。如1990年建成的四川宜宾小南门大桥在2001年11月7日曾出现吊杆突然断裂, 桥面掉入河中, 发生车毁人亡的惨剧, 因而更换吊杆是这类桥梁维护的重要工作[2]。

目前, 国内有几座吊杆拱桥对吊杆进行了更换, 对吊杆更换技术做了一些尝试, 但其方法都难以做到更换过程中维持桥面的完整。本文结合浙江省新昌县城西大桥加固改造工程对不损伤桥面更换拱桥吊杆的高要求, 对不损伤桥面更换拱桥吊杆的方法进行了研究, 提出一种在吊杆更换过程中保证桥面铺装不开裂的施工控制方法, 实现了拱桥吊杆桥面无损更换。

2 吊杆更换过程中桥面铺装开裂分析

桥面铺装的作用是保护桥面板防止车轮或履带直接磨耗, 保护主梁免受雨水侵蚀, 并借以分散车轮的集中荷载。桥面铺装形成后, 有一定的铺装厚度和刚度, 因此会形成桥面结构连续[3]。

在吊杆更换过程中, 存在吊杆力转换问题, 导致该吊杆甚至相邻吊杆产生变形, 从而使桥面标高上下变化。由于桥面铺装结构连续, 相临吊杆之间标高变化会使桥面铺装受力, 如果控制不当, 会导致桥面开裂。

下面结合在吊杆更换过程中桥面标高发生变化的阶段, 具体分析确定桥面铺装开裂发生的阶段以及破坏形式, 为研究桥面无损更换提供依据。

阶段Ⅰ:在将原吊杆力转移到临时吊杆上时, 临时吊杆逐级缓慢加载, 该吊杆处横梁产生与临近横梁向上的相对位移, 从而使桥面铺装在该横梁处产生转角θ。首先, 桥面铺装在横梁处连续, 致使其在该吊杆处产生负弯矩;其次, 桥面铺装与桥面板具有粘结力, 使该吊杆处一定长度范围的桥面铺装受拉。再次, 对于桥面板简支的结构形式, 如果相邻两孔变形不协调, 桥面铺装还要承受桥面板端部提供的剪力。因此, 在这个阶段桥面铺装主要是受弯, 受拉, 受剪破坏;当转角θ大于桥面开裂临界转角时, 桥面铺装会沿横梁方向开裂。因此, 必须通过设计施工控制桥面铺装的转角θ。

阶段Ⅱ:在临时吊杆按本级荷载张拉完成之后, 切断原吊杆相应荷载比例的钢丝时, 该吊杆处横梁在阶段Ⅰ的基础上产生向下的相对位移, 桥面铺装转角θ慢慢减小。由于原吊杆与临时吊杆共同承受切断吊杆截面的荷载, 因此该相对位移的大小与临时吊杆截面有关。若θ>0, 该吊杆处桥面铺装受力同阶段Ⅰ类似, 并且铺装产生的转角数值较阶段Ⅰ小, 不会引起桥面开裂;若θ=0, 该吊杆处桥面铺装回到初始应力状态, 不会引起桥面开裂;若θ<0, 该吊杆处桥面铺装产生负转角, 结构受压, 同样不会产生开裂。但是相临吊杆处桥面铺装产生正转角, 其受力与阶段Ⅰ类似, 如果向下相对位移过大, 使相临吊杆处桥面铺装产生的转角大于桥面开裂临界转角, 则桥面铺装会产生开裂。因此, 必须控制向下相对位移的数值。由于该位移值的大小与临时吊杆截面有关, 在设计时一般适当增大临时吊杆截面, 有效控制该位移的大小, 因此在阶段Ⅱ桥面铺装一般不会开裂。

阶段Ⅲ:当原吊杆完全拆除, 逐步张拉新吊杆, 并同时放松临时吊杆时, 桥面标高会逐渐调整到初始标高, 前期积累的相对位移值会慢慢恢复, 桥面铺装转角会逐渐减小, 应力逐渐降低, 并最终回到初始状态。因此, 在本阶段桥面铺装不会开裂。

综合上述分析, 桥面无损更换的关键就是控制在阶段Ⅰ更换该吊杆处桥面铺装产生的转角θ。在更换吊杆过程中, 若将θ控制在容许范围之内, 桥面铺装就不会产生开裂。

3 桥面无损更换控制条件研究方法

由于在更换吊杆之前, 桥面铺装已经投入使用, 经过活荷载的反复作用产生了一定的变形、磨损, 桥面铺装与桥面板的粘结力有所降低。桥面铺装的结构性能与设计值有了一定的差距, 很难确定桥面铺装现状, 精确计算出桥面开裂时的临界转角值。

依据对桥面铺装开裂分析, 为了实现桥面无损更换, 可以寻求一个在保证桥面不开裂时转角[θ], 以此作为控制条件进行吊杆更换设计与施工。该转角不宜过大, 应与桥面开裂临界转角有一些的差距, 使桥面铺装具有一定的安全系数, 保证桥面不开裂。该转角也不宜太小, 因为该转角是由临时吊杆按吊杆力分级加载的产生的, 如果太小, 会导致临时吊杆分级加载次数增加, 使吊杆力转移效率降低, 延长工期, 造成浪费。为了合理确定桥面无损更换控制条件[θ], 引入如下假设:

(1) 桥梁各部分材料处于弹性工作阶段。

(2) 在设计荷载作用下, 桥面铺装不发生开裂。

(3) 在吊杆更换施工前, 桥面铺装处于无应力状态。

(4) 在吊杆更换施工过程中, 桥面铺装不承受活荷载作用。

根据以上假设, 可以借助该桥设计荷载与桥面上产生的桥面变形来确定控制条件[θ], 从而保证了桥面铺装不开裂, 实现桥面无损更换, 并具有一定的安全系数。图1为桥面铺装转角θ的计算图示。

图中Δ为该控制截面处桥面位移, Δ1、Δ2为相临吊杆处桥面位移, L为吊杆间距。由此可以得出桥面铺装转角θ的计算公式。

下面结合城西大桥加固改造工程具体研究控制条件[θ]的确定。

城西大桥桥梁全宽15.2m, 横向布置为:2.0m人行道+1.1m拱肋+9.0m行车道+1.1m拱肋+2.0m人行道。拱肋为箱形断面, 高1.8m, 宽1.1m, 顶、底板厚0.2m, 腹板厚0.18m, 拱肋每3.0m设置一道0.3m厚横隔板;吊杆横梁采用预应力结构, 高0.90m, 跨中宽0.5m;吊杆间距为3m;该桥原设计荷载等级为汽车-20级, 挂车-100, 人群荷载为3.0k N/m2。2001年因为桥面破损, 对桥梁进行了加固, 重新铺筑了桥面, 并增设伸缩缝。桥面铺装层厚度0.13m, 钢筋直径8mm, 间距为10cm×10cm。

通过对桥梁进行移动荷载加载, 发现当挂车-100前轮作用于1#吊杆时, 桥面铺装会产生最不利转角。图2为加载图示。图3给出了桥面铺装在该活载作用下产生位移的折线图。

由图3可以看出, 在2’#、4’#吊杆处桥面铺装转角较大, 但是该吊杆附近桥面铺装作用于移动荷载, 不能够反映在吊杆更换过程中桥面铺装受力状态, 因此不作为制定控制条件依据。在2#吊杆处桥面铺装在吊杆间距范围内没有移动荷载作用, 其桥面铺装受力状态符合吊杆更换过程中的实际情况。因假设移动荷载作用时桥面铺装不开裂, 所以2#吊杆处桥面铺装产生的转角可以作为制定控制条件的依据。根据公式1, 即可计算出保证桥面铺装不开裂时的转角[θ]。

4 桥面无损更换施工控制条件优化

要实现桥面无损更换, 必须通过有效的施工控制来实现。根据前面分析的结果, 得出了保证桥面不开裂时的控制转角[θ]。但是桥面转角在施工过程中测量困难, 增大了施工控制难度, 必须对控制条件进行优化。

由于桥面位移可以通过测量桥面标高得出, 因此, 若将控制桥面铺装转角转化为控制桥面标高变化, 则会大大降低施工控制难度, 确保桥面无损更换。

对公式1进行变形, 并代入保证桥面铺装不开裂的控制转角[θ], 可以得出更换吊杆处桥面标高变化与相临吊杆处桥面标高变化的关系。

吊杆处桥面标高变化与两个因素有关, 即吊杆长度变形和拱肋标高变化。下面结合桥梁具体结构形式以及更换吊杆时的施工过程, 分析更换吊杆处与相临吊杆处桥面标高的变化情况。

(1) 在原吊杆力向临时吊杆转移的过程中, 当临时吊杆缓慢加载, 该吊杆力逐渐减小, 吊杆长度变形减小。

(2) 由于桥面板简支于吊杆横梁上, 相临吊杆力变化取决于构成桥面连续的桥面铺装层, 因此可以认为相临吊杆力变化很小。即便是变化, 吊杆力也是减小的, 吊杆长度变形减小。

(3) 由于相临吊杆力变化很小, 临时吊杆加载的力基本上等于该更换吊杆减少的力, 并且拱肋截面抗弯惯性矩很大, 因此拱肋标高变化很小, 可以忽略。

基于上述分析, 在临时吊杆缓慢加载的过程中, 相临吊杆处桥面标高向上变化, 并且产生的位移Δ1、Δ2很小。因此, 在施工过程中可以通过更换吊杆处桥面标高变化Δ来控制。根据公式2可知, 忽略相临吊杆处桥面位移Δ1、Δ2是偏于安全的。

至此得出桥面无损更换优化控制条件[Δ], 其计算公式如下:

根据前面对城西大桥计算分析结果, 利用公式3计算得出控制条件[Δ]=10.78mm。在具体施工时, 要求吊杆处桥面标高变化不能超过10mm。以此做为施工控制条件, 城西大桥成功的完成了全部吊杆更换, 并且桥面没有发生开裂, 实现了桥面无损更换。

5 结语

本文就如何在拱桥吊杆更换过程中保证桥面不开裂进行了研究, 主要得到以下结论:桥面铺装开裂主要发生在将原吊杆力转移到临时吊杆上, 更换吊杆处桥面发生向上的位移时。如果控制不当, 桥面铺装会沿横梁方向开裂, 产生横向裂缝。通过分析得出了保证桥面不开裂时的控制转角[θ], 并对其进行优化, 得到了桥面无损更换优化控制条件[Δ]。结合城西大桥的相关背景, 通过计算分析得出的控制桥面标高变化不超过10mm来实现桥面无损更换, 取得了良好的效果, 证明了该方法是一个有效的施工控制方法, 可以为同类工程提供参考。

摘要：分析了在吊杆拱桥吊杆更换过程中桥面产生开裂的阶段、原因以及开裂破坏形式, 提出了桥面无损更换的研究方法, 得出了保证桥面不开裂的控制条件, 并结合具体施工情况对控制条件进行了优化, 提出了最佳施工控制方案。

关键词：桥面无损更换,控制条件,优化

参考文献

[1]程华才, 梅传江, 赵永宽.吊杆拱桥吊杆更换拉锁工程的施工工艺[J].安徽建筑工业学院学报, 2003, 11:1-6

[2]李文琪, 贺立新.对宜宾小南门桥事故的思考[J].中国公路, 2002 (22) :47-48.

中承式系杆拱桥吊杆更换施工监测 篇4

国内某中承式钢管混凝土系杆拱桥桥梁总长312.8 m,其跨径组合为(29.4+80.5+93+80.5+29.4)m,大桥中间3跨为中承式钢管混凝土拱式结构,两边跨为上承式钢筋混凝土矩形截面拱肋半拱,通过系杆将5跨连接为一体。桥梁宽度30 m,桥面分幅为15.9 m(行车道)+2×2.1 m(分隔带、吊杆锚固区及保护区)+2×4.95 m(人行道)。总体布置见图1。桥面结构由横梁(或钢横梁)、纵梁、桥面板组成,并通过拱上立柱、柔性吊杆与拱肋组成整体。预应力系杆锚固于两边跨端部,以平衡主拱推力。桥梁设计荷载等级为城市-A级。大桥于2011-05-01建成通车。

全桥共设吊杆35对,编号为D1~D35,其中80.5 m跨共设11对吊杆。吊杆间距为5×5.3 m+5×5 m(93 m跨方向);93 m跨共设13对吊杆,吊杆间距为12×5.3 m。吊杆采用国产的PES(FD)7-85平行钢丝成品拉索(1 670 MPa)。

2 问题及对策措施分析

2012-03在对全桥进行例行检测时,发现大桥中跨下游的D18#吊杆出现索力松弛、退出工作的现象。与其邻近的2根吊杆索力分别增大40%、10%左右,导致中跨人行道略有下沉,边纵梁出现细微裂缝等现象。

针对D18吊杆索力松弛退出工作现象,决定对问题吊杆立即予以更换。结合该桥实际状况,经综合分析,采用同型号的新吊杆进行更换。在吊杆更换施工过程中遵循以下几个原则:

(1)新吊杆安全系数与原设计相同,即满足2.5倍承载力要求。同时尽可能减少由于吊杆更换所引起的桥体内力和线形的变化,同时满足相应设计规范。

(2)更换吊杆时,尽量保证可以临时通车,且不对桥体结构件造成损害,更换后能完全满足以后的运营要求。

(3)换索施工控制原则。以索力控制为主,位移控制为辅,两者兼顾,并能保证索体的防腐性。

(4)为确保吊杆更换过程中的桥梁安全,在吊杆更换过程中对桥梁进行全过程监测。

D18#吊杆的构造见图2。

3 吊杆更换过程中的监测

吊杆更换施工过程包括:旧吊杆的拆除、新吊杆安装就位、新吊杆张拉及吊杆防护处理等工序。新吊杆安装、张拉及防护工艺次序如下:吊杆吊运到桥面相应位置→吊杆放盘就位→吊杆张拉端穿过纵梁预留孔→吊杆提升穿过拱肋预留孔→安装拱上垫板、旋上锚具螺母→安装纵梁底锚具垫板、旋上锚具螺母→吊杆分级张拉→张拉端锚固→对全桥进行检测→吊杆防护。

3.1 有限元模型及吊杆更换过程的计算模拟

为了有效地实施监测,确保大桥在吊杆更换过程中的安全,采用空间有限元分析软件Miads/Civil2006建立大桥计算模型,大桥拱肋、纵横梁采用空间梁单元模拟,桥面板采用板单元模拟。桥面铺装及桥面附属设施以荷载的形式作用于桥面板单元上。柔性吊杆采用只受拉桁架单元模拟,符合其只受拉不受压的特点。计算模型见图3。

在Midas/Civil计算模型中,将D18#吊杆钝化来模拟该吊杆的应力松弛,在D18#吊杆的上下端节点施加集中力来模拟吊杆张拉时的索力。先计算D18#吊杆钝化时在桥梁自重及设计荷载作用下的拱肋及桥面变形,再施加集中力计算拱肋及桥面变形。2次计算的拱肋及桥面变形的差值就是张拉过程中拱肋及桥面的变形值。

3.2 吊杆索力监测

吊杆索力测量通常有3种方法:油压表量测法、压力传感器量测法和振动频率量测法。本次吊杆索力测量采用张拉千斤顶油压表法和振动频率量测法相结合的办法进行。振动频率量测法的原理是:测量过程中,利用索力动测仪拾取吊杆的振动信号,由放大器进行放大,经模数转换后进行频域分析获得吊杆的频谱图,据此识别出其各阶振动固有频率;进而利用索力与振动固有频率之间的对应关系,根据频率获得实测索力。本方法对长度过短的吊杆误差大,因为长度过短的吊杆振幅很小,相对来说受迫振动的干扰很大,故难以准确拾取其固有频率,精度难以得到保证。本次测量所用索力动测仪的适用范围为索长2~500 m,直径6~150 mm的吊杆,该桥的吊杆均符合这一要求。

吊杆的索力计算公式:

式中:K为比例系数;F为吊杆基频,由索力动测仪测试得到;T为吊杆索力。

比例系数K计算公式:

式中:W为吊杆单位长质量;L为吊杆两嵌固点之间的长度。

新的D18#吊杆安装就位后,用千斤顶分5级对其进行张拉。5级张拉力分别为200、600、750、1 000、1 080 k N,在张拉1 080 k N后对D18#吊杆进行锚固。张拉过程中对吊杆索力进行监测。张拉过程中D18#吊杆的索力变化情况见图4。从图4中可看出,张拉过程中,由于千斤顶锚固损失较大,在锚固回油后,吊杆张拉力损失了22%。为保证D18#吊杆更换后全桥索力均匀,经综合考虑结构计算结果以及现场拱肋和桥面的位移监测结果,决定增加张拉吨位至1 250 k N。但锚固后索力监测值显示,张拉损失仍超过20%。考虑到这一情况,最终决定张拉至1 300 k N后锚固。D18#吊杆锚固后,其索力监测值为1 093.45 k N,可认为张拉到目标吨位。

更换吊杆后,对全桥吊杆索力进行检测,以便观察全桥各吊杆索力是否受力均匀,是否满足设计要求。限于篇幅,本文只列出中跨下游各吊杆索力检测数据以及成桥状态吊杆理论数据(见表1)。从表1中可以看出,吊杆索力实测值与成桥索力理论值的偏差在-8%~10%之间,说明吊杆受力较均匀,且安全系数都在设计要求的2.5以上。

3.3 拱肋及桥面变形监测

D18#吊杆在张拉过程中,吊杆处的拱肋及桥面部位会产生一定的下挠或上拱变形,直观地反映桥梁的结构性能。因此需要在D18#吊杆张拉过程中对关键部位的拱肋变形以及桥面标高的变化进行监测,以确保吊杆更换过程中的桥梁安全。

吊杆张拉过程中的拱肋变形采用全站仪进行测量。通过测站与D18#吊杆处的水平距离(通过查询设计图纸和预先设计好测站位置可直接求出该水平距离),以及测量D18#吊杆处拱肋和桥面部位的垂直角度变化即可求出实际拱肋变形值。D18#吊杆处的桥面标高,采用精密水准仪进行量测,通过张拉过程中桥面标高的变化值,来监控桥梁结构的受力状态。

D18#吊杆处的拱肋变形及桥面标高变化的实测值与理论值对比见表2。拱肋变形实测值与理论值基本吻合,桥面变形实测值小于理论值,与以往类似工程的结果基本吻合。吊杆更换后,吊杆处的拱肋及桥面实际标高与其设计高程的误差也满足《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1—2004的要求。

4 结语

通过该系杆拱桥局部吊杆更换过程中的监测,得出如下注意事项:

注:吊杆处的拱肋及桥面的变形以上拱为正,下挠为负。

(1)系杆拱桥的吊杆更换过程中,应重视对吊杆索力、拱肋变形及桥面标高进行全程监测,以保证桥梁结构的安全。

(2)吊杆张拉至设计吨位,锚固螺母旋紧程度难以控制,应结合千斤顶的特性和桥梁的结构分析,适当进行超张拉,以尽量达到设计的锚固应力。

(3)吊杆更换结束后,应对全桥索力进行全面的检测,以掌握全桥索力的分布情况以及桥梁关键部位的应变和变形情况。

摘要：某中承式钢管混凝土系杆拱桥,在运营过程中,中跨下游的跨中吊杆出现松弛退出工作现象,结合该桥实际状况,经综合分析,决定对问题吊杆立即予以更换。文章重点介绍了在吊杆更换过程中,吊杆索力、拱肋及桥面变形的监测情况,监测情况表明,吊杆更换之后,桥梁恢复正常运营状态。

关键词：桥梁工程,系杆拱桥,吊杆更换,施工监测

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更换吊杆 篇5

随着我国交通事业的迅速发展, 系杆拱桥作为一种美观实用桥型得到较多运用。作为系杆拱桥主要承重构件的吊杆, 其设计年限为15~20 a。根据桥梁检测和事故调查资料可知, 目前已有较多系杆拱桥的吊杆运营时间已接近或达到设计年限。另一方面, 由于养护措施不到位、设计防水不到位等因素, 吊杆普遍存在索体HDPE护套过早开裂、破损, 下端预埋管进水、锚头及钢丝腐蚀等病害, 甚至其内部钢丝存在严重锈蚀, 具有锈断、脱锚风险, 严重威胁桥梁安全。

本次工程为上海浦东新区某系杆拱桥局部换索, 主桥为下承式系杆拱桥 (见图1) 。该桥计算跨径为85 m, 三榀拱肋各设有15根吊杆, 间距5 m, 全桥共有45根吊杆。中拱肋和边拱肋吊杆拉索分别由低松弛镀锌钢丝组成, 预应力钢丝标准强度为1 670 MPa, 拱肋端为吊杆固定端, 系梁端为吊杆张拉端, 两端均采用冷铸锚。该桥吊杆体系运营年限已近14 a, 由于养护不到位、设计防水有缺陷等因素, 造成部分吊杆锚头严重锈蚀, 危害桥梁安全, 需局部进行吊杆更换 (见图2) 。

对于系杆拱桥局部吊杆更换, 原吊杆力的确定是换索能否成功的关键。原吊杆索力测试结果是确定新吊杆张拉力的主要依据, 索力测试的准确与否直接关系到系杆拱桥换索施工控制的有效实施, 因此必须准确测定旧吊杆索力。本次对吊杆原索力的确定主要采用3种方法:频率测定法、现场张拉法以及应变测试法。

2 吊杆原索力测算

2.1 频率测定法[1]

利用索在张紧、低阶振动模态下, 采用拉索索力与基频平方成比例的理论计算索力。使用精密拾振仪拾取拉索的振动信号, 经过滤波、放大和频谱分析, 根据频谱图确定拉索自振频率得出索力。此方法适应范围广, 是目前索力测试普遍采用的方法。假设索的两端为铰支, 则该微分方程为

式中:T为索力, k N;m为索单位长度的质量, kg;L为索长, m;fn为索的第n阶自振频率, Hz;n为索自振频率的阶数;EI为索的抗弯刚度, k N·m2。

频率测定法中, 索长的选取是索力确定的关键。这是因为索的边界条件实际上是介于铰接和固接之间, 以及减震器的设置, 索在构造上由于设置刚性锚头, 缩短拉索动力计算长度。索长的修正在工程上一般是凭经验进行, 经大量实际资料推导可用下式修正索长[2]:

式中:L0为索两锚固点之间的弦长, m;T为调整系数, 可取0.35~0.48;Sl、S2为索两端刚性长度 (锚环长) , m。

根据旧吊杆更换和新索张拉过程中频率测定法测试结果可知, 新索的千斤顶张拉力与索长修正后的计算吊杆力较为一致, 而旧吊杆索力的测试具有较大误差。

2.2 应变测试法

应变测试法是在旧吊杆钢丝上粘贴电阻应变片, 对吊杆采取割断方式进行更换, 测试吊杆钢丝割断后回缩应变, 计算吊杆索力。该方法注重吊杆钢丝应力的均匀性, 钢丝瞬间回缩产生较大应变量, 对应变片的粘贴质量要求较高, 需要做较为充分的测试准备。由于应变测试是钢丝割断过程中采集数据, 与施工及其监控程序一致, 不影响施工进度。

对该桥中拱Z1、西拱X15两拱脚处边吊杆 (短吊杆) 和东拱D10中吊杆 (长吊杆) 进行索力测试, 每根吊杆外围6根钢丝粘贴电阻应变片, 测试吊杆钢丝切断后回缩应变, 测试结果见表1。

按照各吊杆所测钢丝平均值计算吊杆索力, 可知D10、Z1、X15等吊杆的索力分别为1 072 k N、460 k N和382 k N。根据应变测试结果可知, Z1、X15两根边吊杆和D10中吊杆钢丝应变的相对平均偏差分别为21%、63%和6%, 表明中吊杆钢丝应变测试值离散性较小, 钢束钢丝受力相对均匀;边吊杆各钢丝应变测试值具有较大的离散性, 钢丝受力极其不均匀。根据现场检查发现, 此2根边吊杆均存在个别钢丝呈松散状态, 说明边吊杆钢丝应力的不均匀性, 与测试结果具有一致性, 与部分相关研究[3]的结论也相同。应变测试法测定原吊杆索力受钢丝应力均匀性制约, 其对边吊杆索力测试的准确性造成较大影响, 而中吊杆的索力测试结果具有较好的准确性。

2.3 现场张拉法

现场张拉法是在旧吊杆张拉端现场安装千斤顶进行分级张拉, 通过精密压力表或液压传感器测定油缸的液压, 利用油压面积一定时, 液压与张拉力成正比, 用标定后的油压表读数推导千斤顶的张拉力, 亦可在张拉端安装压力传感器, 精确测试千斤顶张拉力。而后, 在吊杆进行分级张拉过程中, 监测应变或位移等参数随千斤顶张拉力的变化情况, 通过各监测参数与千斤顶张拉力的关系曲线确定吊杆索力。由于现场张拉法是独立工作, 对施工进度有一定影响, 但因各种索力测试方法多存在测试的准确性和运用的极限性, 现场张拉法测试吊杆索力具有较好的运用价值。

现场张拉法采取对多参数进行监测 (如相对位移、纵梁应变、吊杆钢丝应变等) , 其中对张拉端锚头与纵梁相对位移的监测, 能够较好测定吊杆原索力值, 其相对位移与张拉荷载的关系曲线见图3、图4。纵梁应变和吊杆钢丝应变测试结果见图5、图6。

现场安装千斤顶进行张拉试验测定原吊杆索力, 关键是确定吊杆原索力与千斤顶张拉过程中荷载等级对应位置。根据监测参数与张拉荷载关系曲线可知, 该曲线基本由2段线形变化曲线组成, 在千斤顶张拉荷载尚未超过吊杆原索力时, 监测参数仅由结构内部力的重新分配而产生相对较小的线性变化。

在千斤顶张拉荷载超过吊杆原索力时, 监测参数随张拉荷载等级的增大而产生明显的线性增加, 曲线变陡。对测试结果进行整理, 找到2段线性变化曲线的交点, 取该交点处对应的张拉荷载为该吊杆的原索力测试值。

3 索力测试结果分析

本次该桥Z1、X15两边吊杆和D10中吊杆分别采取频率测定法、应变测试法、现场张拉法进行索力测试, 索力测试结果见表2。

由测试结果可知, 对于长吊杆D10, 应变测试法与现场张拉法测试结果相近, 并与设计合理索力值具有较好的一致性, 频率测定法具有一定准确性。对于边吊杆 (短吊杆) , 应变测试法测得各钢丝应变存在较大不均匀性, 索力测试结果严重偏离真实值, 频率测定法对边吊杆索力几乎失效, 而现场张拉法对边吊杆索力的测定具有较好准确性和参考价值。

k N

4 结语

1) 频率测定法进行吊杆力测试, 索长的选取是关键。对拱脚边吊杆的测试频谱波形一般较为复杂, 易受各种因素影响, 较难确定其吊杆力。

2) 对旧吊杆采取割断方式进行更换, 运用应变测试法对旧吊杆钢丝割断后的回缩应变进行测试, 计算吊杆索力, 是一种较准确的索力测定方法。因拱脚处边吊杆钢丝应力的不均匀性, 导致该方法具有较大误差或不确定性, 不能准确测定边吊杆索力。

3) 采用千斤顶对旧吊杆进行现场张拉, 测试结构变位 (应变或位移) 随张拉荷载等级的变化情况, 绘制监测参数与千斤顶张拉荷载的关系曲线, 确定吊杆力, 测试结果准确。

4) 因应变测试法和频率测定法对边吊杆索力测试均存在较大误差或不确定性, 故对拱脚处边吊杆宜采用现场张拉法测定吊杆力。

5) 对系杆拱桥原吊杆索力测定方法的研究, 能较好减少换索施工控制过程中索力的误差或不确定性, 对该类桥梁换索施工控制具有很好的借鉴价值。

参考文献

[1]郭圣栋, 陈晔.斜拉桥的拉索分析[J].华东交通大学学报, 2005 (4) :22-25.

[2]贺修泽, 付晓宁.斜拉索的索力测试[J].中外公路, 2002 (6) :38—39.