拱橋吊桿更換施工工藝及控制研究

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摘要:

拱式組合體系結(jié)構(gòu)，在橋梁工程中的應(yīng)用已有100多年的歷史。在我國橋梁工程中的應(yīng)用于90年代得到迅速發(fā)展。但隨著近年來超限大軸載車數(shù)量增加、橋梁使用年限以及原橋工藝技術(shù)的缺陷，對此類橋梁的維護工作提出很高的要求。現(xiàn)就龍巖市永定區(qū)南門大橋吊桿體系更換施工，淺談施工工藝及控制。

關(guān)鍵詞:

吊桿更換;兜吊系統(tǒng);索力控制;橋面標(biāo)高

1現(xiàn)狀橋梁情況介紹

1．1概況

龍巖市永定區(qū)南門大橋于1994年施工，1996年建成通車。主橋上部結(jié)構(gòu)主跨為50.0m的鋼筋混凝土中承式拱橋，邊跨對稱布置了跨徑為19.0m的坦拱，引橋為跨徑16.0m的空心板梁橋。鋼筋混凝土中承式拱橋凈跨47.5m，凈矢高9.5m，凈矢跨比1/5。基礎(chǔ)部分為沖孔灌注樁。橋面寬度:快車道9m，兩側(cè)各設(shè)人、自行車混合慢車道3.5m，總寬度為16.0m，原設(shè)計荷載:汽－20，掛－100，人群荷載為3.5KN/m2。

1．2現(xiàn)狀橋梁吊桿存在的問題

(1)本橋吊桿使用年限已久(16年)，超過橋梁拉索在正常使用狀態(tài)一般使用年限(10—15年)。現(xiàn)狀吊桿為A3鋼吊桿體系，外包不銹鋼套管防護，C3和C8吊桿處不銹鋼套管為兩段拼接，套管接縫處未做防水處理，雨水沿接縫滲入套管內(nèi)，以至吊桿銹蝕。橫梁下吊桿錨固螺母及鋼墊板外露、銹蝕嚴重;(2)吊桿的安全系數(shù)在2.14－3.40之間，大部分吊桿不能滿足《公路懸索橋設(shè)計規(guī)范》(報批稿)要求;吊索的安全系數(shù)大于2.50;(3)主橋橋面在正常行車最大加速度響應(yīng)出現(xiàn)在30km/h跑車時，橋面加速度響應(yīng)值為0.076g，大于對人體不適的限值0.065g;(4)該橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造存在缺陷，主橋吊桿錨頭銹蝕嚴重，局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于危險狀態(tài)，橋梁技術(shù)狀況等級評定為D級。

2吊桿更換技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工藝措施

2．1吊桿更換采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(GJJ99－2003)《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》(GB/T14370－2007)《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》(CJJ2－2008)《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TJ23－2008)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50－2011)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21－2011)《擠壓錨固鋼絞線拉索》(JT/T850－2013)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224－2014)

2．2吊桿更換工藝控制

龍巖市永定區(qū)南門大橋因受原橋尺寸限制，本次吊桿更換采用兩種類型吊桿，1#、2#、8#、9#四對吊桿采用鋼拉桿，3#、4#、5#、6#、7#五對吊桿采用整體擠壓索組合鋼拉桿組件。

2．2.1吊桿更換控制指標(biāo)

(1)新吊桿生產(chǎn)尺寸確定:現(xiàn)場測量舊吊桿上下錨點的距離，綜合考慮設(shè)計采用錨具體系的不同要求以及拱肋內(nèi)斜高的區(qū)別，精確計算出各根吊桿實際所需的下料長度。(2)設(shè)計吊桿索力設(shè)計值:1#桿(361.9KN)，2#桿(366.4KN)，3#桿(366.4KN)，4#桿(361.3KN)，5#桿(356.5KN)，6#桿(361.3KN)，7#桿(366.4KN)，8#桿(366.4KN)，9#桿(361.9KN)。(3)吊桿更換允許偏差值:吊桿長度(±0.001L及±10mm)，吊桿拉力(符合設(shè)計要求及±10%KN)，吊點位置(10mm)，吊點高程(±5mm);其中L為吊桿長度。

2．2.2單根吊桿更換施工流程(見圖1)

2．2.3兜吊系統(tǒng)安裝及舊吊桿拆除控制

(1)兜吊系統(tǒng)安裝控制:在橋面下橫梁的吊桿處組裝工作平臺,圖1安裝好臨時索提升系統(tǒng)中的梁底托架，安裝過程中要注意保持兩側(cè)平衡，防止橫梁產(chǎn)生傾斜;②在拱肋上安裝吊梁提升系統(tǒng)，提升系統(tǒng)由上下端錨固系統(tǒng)和臨時索提升系統(tǒng)組成。錨固及提升系統(tǒng)組成構(gòu)件的安裝、焊接要牢固，以避免在張拉臨時索時系統(tǒng)有過大的變形、滑移、傾斜;③用千斤頂對臨時索進行整體分級張拉，上下游臨時索應(yīng)同時同步進行張拉，并實時監(jiān)測橫梁吊點處標(biāo)高，其上下變化值與相鄰吊點的高程變動差不得超過±5mm。(2)舊吊桿拆除控制:①兜吊系統(tǒng)安裝完畢后靜置24小時，然后觀察兜吊系統(tǒng)各部件完好情況，確保安全后拆除舊吊桿;②吊桿的拆除依據(jù)對稱的原則，從每拱跨兩端向跨中交替逐對拆除，每拆除一對舊吊桿，則相應(yīng)的換上一對新吊桿。吊桿拆除采用多次加載及分批割斷舊吊桿的方式使吊桿拉力逐步轉(zhuǎn)移到臨時兜吊系統(tǒng)上，在拆除吊桿的過程中，應(yīng)時刻監(jiān)測橋面的標(biāo)高，如出現(xiàn)較大的變動時應(yīng)立即停止施工，待查明原因并確定處理方案后方可繼續(xù)施工;③由表1可知，吊桿切割后橋面標(biāo)高差值在±5mm范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求;索力的差值在0－34KN的范圍內(nèi)，差值百分比絕對值小于10%，符合規(guī)范要求。

2.2.4吊桿更換及張拉調(diào)索

(1)依次安裝好聯(lián)接套、撐腳、千斤頂，進行張拉預(yù)緊;(2)吊裝新吊桿由拱肋下方向上穿入孔道中，吊桿穿出后繼續(xù)上提，直到方便采用卷揚機或手葫蘆將下部吊桿組件從橫梁上方穿入橫梁孔道內(nèi)為止。吊桿穿孔完成后先進行上端錨具安裝，上端固定后旋緊下端錨具螺母;(3)吊桿采用上端張拉，根據(jù)設(shè)計索力計算值對上下游吊桿分級、同步張拉，即將臨時拉索系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到新吊桿上，張拉過程應(yīng)注意吊桿受力平衡;(4)初張拉吊桿至使橋面抬高4mm，放松臨時拉索系統(tǒng)至不受力狀態(tài)，實測橫梁處橋面標(biāo)高，橋面標(biāo)高上下位移不得超過±5mm;(5)每跨全部吊桿更換完畢后，對本跨吊桿進行一次全面的橋面標(biāo)高和索力的調(diào)整，調(diào)整的原則是以標(biāo)高控制為主，同時要求同拱跨同一編號吊桿上下游索力盡可能一致;(6)根據(jù)計算的調(diào)整標(biāo)高值對吊桿再次張拉，將橫梁調(diào)整到設(shè)計標(biāo)高;(7)吊桿更換前后橋面標(biāo)高及索力控制:①吊桿更換前后橋面標(biāo)高及索力控制如表2。②索力鎖定值與設(shè)計值偏差及調(diào)整:由于橋面標(biāo)高在設(shè)計允許范圍時的索力與實際張拉鎖定索力有一定偏差，但均在設(shè)計允許范圍內(nèi)，經(jīng)設(shè)計確認，按此索力鎖定。③由表2可知，吊桿更換后橋面標(biāo)高差值在±5mm范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求;索力的差值在0－34KN的范圍內(nèi)，差值百分比絕對值小于10%，符合規(guī)范要求。

3結(jié)論

在試驗荷載作用下，該橋加固與改造工程現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)強度和剛度均能滿足規(guī)范要求，橋梁承載能力符合城－B級荷載等級要求。

3．1靜載試驗

3．1.1應(yīng)變測試

(1)在各工況試驗荷載作用下相應(yīng)拱肋控制截面測點應(yīng)變校驗系數(shù)在0.22－0.46之間，橫梁控制截面測點應(yīng)變校驗系數(shù)為0.22，北引橋控制截面測點應(yīng)變校驗系數(shù)在0.29－0.55之間，均符合規(guī)程(JTG/TJ21－2011)規(guī)定的不大于1.00的限值要求;(2)退載后各控制截面應(yīng)變基本可恢復(fù)，最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.26%，低于規(guī)程(JTG/TJ21－2011)規(guī)定的20.00%的限值要求。

3．1.2撓度測試

(1)在各工況試驗荷載作用下相應(yīng)拱肋控制截面測點撓度校驗系數(shù)在0.42－0.86之間，橫梁控制截面測點撓度校驗系數(shù)為0.50，北引橋控制截面測點撓度校驗系數(shù)在0.28－0.43之間，均符合規(guī)程(JTG/TJ21－2011)規(guī)定的不大于1.00的限值要求;(2)退載后各控制截面變位基本可恢復(fù)，最大相對殘余變位為18.41%，低于規(guī)程(JTG/TJ21－2011)規(guī)定的20.00%的限值要求。

3．1.3裂縫觀測

在試驗荷載作用下，所檢橋梁主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件未見明顯肉眼可見裂縫。

3．2動載試驗

3．2.1橋梁自振特性

橋梁自振特性檢測，主橋及引橋橋梁自振特性頻率實測與理論值比值在1.09－1.57之間，且理論與實測振型一致，表明橋梁主橋和北引橋結(jié)構(gòu)的總體剛度較好。

3．2.2橋梁跑車試驗

(1)加速度時程響應(yīng)顯示，在無障礙行車試驗下，南門大橋主橋橋面及北引橋橋面豎向最大加速度幅值均未超0.065g，符合行車舒適性要求;(2)沖擊系數(shù)測試。經(jīng)沖擊系數(shù)測試可知，在無障礙行車試驗下，車輛對南門大橋主橋拱肋、北引橋的沖擊系數(shù)根據(jù)動載效率系數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的沖擊系數(shù)最大值均為μ=0.06，主橋拱肋沖擊系數(shù)小于規(guī)范(JTGD60－2004)規(guī)定的設(shè)計計算取值μ=0.12，北引橋的沖擊系數(shù)小于規(guī)范(JTGD60－2004)規(guī)定的設(shè)計計算取值μ=0.31。4體會和建議(1)該橋吊桿更換施工工藝是可行的，控制的方法是正確的;(2)對于該橋的吊桿更換，所采用的控制原則能滿足規(guī)范規(guī)定，可作為類似橋梁控制的參考;(3)對于施工后鎖定索力偏差的問題，本人認為由于橋梁經(jīng)行車作用后，存在應(yīng)力重分配，與新橋設(shè)計時的理論索力有所偏差是正常的，其變化規(guī)律有待于今后的工作中總結(jié);(4)對于1#、2#、8#9#上下游吊桿張拉索力差值與其他吊桿偏差較大，主要是由于這四對吊桿為剛性鋼件且位置接近拱腳，拱圈受力較復(fù)雜，桿件邊界條件復(fù)雜導(dǎo)致的。其變化規(guī)律及控制指標(biāo)有待于今后在工作中進一步探索和研究;(5)吊桿更換應(yīng)封閉施工，吊桿張拉應(yīng)盡量選擇在每天的同一時間段進行，以便減少橋面荷載變化及溫度偏差造成的橋面標(biāo)高偏差;(6)對于舊橋加固工程，原橋數(shù)據(jù)的測設(shè)整理對后期施工是至關(guān)重要的，其直接影響工程質(zhì)量、進度、結(jié)構(gòu)安全及工程投資控制。

參考文獻

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作者:陳賽娟 單位:福州兢成建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司