郭利勇

1 人行天橋概況

綿陽市鐘鼓樓人行天橋(富臨橋)建于1997年,為一座十字交叉獨(dú)塔斜拉橋,塔柱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),鋼管采用A3鋼制作,內(nèi)灌注40號混凝土。拉索共12根,采用A3鋼制作,外套不銹鋼管,縫隙內(nèi)填環(huán)氧砂漿?？v梁、梯柱和梯道均采用30號混凝土澆筑。橋梁2個方向全長47.7 m,橋?qū)?.5 m。設(shè)計(jì)人群荷載4 kN/m2;抗震設(shè)防烈度6度。

2 原橋的主要病害

富臨橋運(yùn)營至今已10余年,2008年,“5?12”汶川特大地震對四川及鄰近省市造成重大破壞,為了解地震對橋梁的影響,綿陽市城市建設(shè)管理處委托交通部公路科學(xué)研究所對其進(jìn)行了有關(guān)震后檢測,并對其承載力進(jìn)行鑒定,出據(jù)了《綿陽市鐘鼓樓人行天橋(富臨橋)震后監(jiān)測評估報(bào)告》。結(jié)論如下:

汶川地震對綿陽市富臨人行天橋造成了輕微的損壞,個別梁端發(fā)生混凝土擠壓剝落、局部出現(xiàn)漏筋、油毛氈墊層甩出等現(xiàn)象。

1)橋面系:橋面鋪裝瓷磚多處出現(xiàn)破損和缺失。伸縮縫普遍存在橡膠老化、雜物堵塞和滲水等現(xiàn)象。2)上部結(jié)構(gòu):兩方向主梁和梯道出現(xiàn)不同程度的開裂,主梁裂縫分布尤其密集,部分裂縫寬度達(dá)到0.2 mm。全橋牛腿普遍存在向下延伸的斜裂縫、油毛氈墊層老化、滲水和梁端部主梁擠壓破壞等現(xiàn)象,斜裂縫寬度大部分小于0.1 mm。梯道、主梁的混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。3)下部結(jié)構(gòu):全橋橋墩表現(xiàn)無可見病害。全橋支座存在一定老化現(xiàn)象。4)主塔和拉索:鋼管混凝土外皮涂料剝落嚴(yán)重,鋼管銹蝕嚴(yán)重。拉索在主塔錨頭附近普遍存在銹蝕、鋼套管破裂等現(xiàn)象。5)各控制截面承載力滿足最不利荷載組合的要求。

3 維修加固施工監(jiān)測的目的與內(nèi)容

3.1 施工控制的目的

施工監(jiān)控和施工緊密結(jié)合,相輔相成,直接服務(wù)于橋梁加固、改造施工的全過程。橋梁維修加固施工中受到的影響因素多,為了確保全橋在維修加固前后過程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全的范圍內(nèi),且加固維修后全橋的線形符合設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)恒載受力狀態(tài)接近設(shè)計(jì)期望,在全橋加固維修過程中進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制是必不可少的。必須在施工中通過采用先進(jìn)的監(jiān)測手段掌握結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況、采集所需要的參數(shù),通過控制分析、計(jì)算,誤差分析,優(yōu)化調(diào)整施工工序,以滿足設(shè)計(jì)的要求。

3.2 施工控制的內(nèi)容

1)復(fù)核設(shè)計(jì)內(nèi)力狀態(tài)。橋梁的施工控制工作應(yīng)該是在橋梁施工過程安全的情況下進(jìn)行的,因此首先根據(jù)設(shè)計(jì)文件對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析,驗(yàn)證橋梁在常規(guī)荷載以及確定的施工方案和施工荷載下的結(jié)構(gòu)安全性,并對設(shè)計(jì)提供的斜拉索初張力進(jìn)行校核,以確保施工安全,同時為現(xiàn)場監(jiān)測、危險(xiǎn)預(yù)告提供預(yù)警控制值,這一點(diǎn)對確保結(jié)構(gòu)施工過程中的安全是非常重要的。

2)斜拉索索力監(jiān)測。斜拉索索力測量是監(jiān)測斜拉索實(shí)際索力狀態(tài)的一個重要手段,索力測量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到主梁的內(nèi)力及線形、主塔偏位,甚至影響施工安全,是反映全橋內(nèi)力狀態(tài)的重要指標(biāo),因此在施工中必須確保索力測量的準(zhǔn)確性。

拉索索力測量貫穿于橋梁加固的全過程,并通過張拉過程實(shí)時測量控制張拉力及鎖錨后的實(shí)際張力,掛新索、拆舊索和新索張拉時應(yīng)同時監(jiān)測其他拉索的索力值,并結(jié)合該狀態(tài)給出最佳的后續(xù)索力調(diào)整值。

4 維修加固施工控制的原則與方法

4.1 施工控制方法概述

橋梁維修加固施工時,結(jié)構(gòu)必須經(jīng)歷一個復(fù)雜的施工過程。對施工過程中每個階段進(jìn)行詳細(xì)的變形計(jì)算和受力分析,是施工控制中最基本的內(nèi)容。橋梁施工控制的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全度,保證橋梁加固后受力狀態(tài)及橋面線形基本符合設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到維修整治施工控制的目的,首先必須通過施工控制計(jì)算來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個工況在受力和變形方面的理想狀態(tài)(施工工況理想狀態(tài)),以此為依據(jù)來控制施工過程中每個工況的結(jié)構(gòu)行為,使最終橋梁線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 維修施工控制一般原則與方法

1)控制原則。維修加固施工控制的目的是通過對施工過程的監(jiān)控,適時調(diào)整、修正所有影響其目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的因素,保證橋梁施工過程安全和維修加固目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),確保加固完成后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求。a.受力要求。斜拉索拉力是反映斜拉橋受力的主要因素之一,施工中應(yīng)實(shí)時監(jiān)測索力變化。b.線形要求。線形主要是橋面的標(biāo)高,維修加固后橋面的標(biāo)高要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。

2)控制方法。橋梁加固、改造的施工控制是一個預(yù)告—量測—識別—修正—預(yù)告的循環(huán)過程。施工控制的要求首先是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全,其次是保證結(jié)構(gòu)的內(nèi)力合理和線形平順。

3)富臨人行橋維修加固施工控制計(jì)算模型。

施工仿真模擬采用的軟件為大型有限元軟件MIDAS,對索塔、主梁等劃分單元,如圖1,圖2所示為各細(xì)部的有限元模擬圖。

5 維修加固施工監(jiān)測與控制成果

1)斜拉橋索塔偏位對主梁受力和變形的影響極為顯著,塔頂偏位的監(jiān)測是斜拉橋施工控制中控制全橋最終受力性能的重要依據(jù)。在本橋換索過程中,嚴(yán)格控制索塔塔頂?shù)钠?施工過程中的最大偏位小于20 mm,確保換索過程中結(jié)構(gòu)的安全,最終成橋后索塔的偏位小于5 mm,滿足設(shè)計(jì)要求。2)實(shí)測應(yīng)變值、應(yīng)力值與理論計(jì)算值基本一致,且實(shí)測應(yīng)力變化值在規(guī)范限值范圍內(nèi),在換索期間沒有發(fā)現(xiàn)異常,索力變化與設(shè)計(jì)預(yù)測變化情況基本吻合。3)根據(jù)富臨橋(人行天橋)的結(jié)構(gòu)與施工特點(diǎn),建立了適合斜拉橋的數(shù)學(xué)和物理模型,并采用MIDAS/Civil專用有限元軟件建立了富臨橋的有限元模型,使計(jì)算機(jī)技術(shù)與施工控制方法有效的結(jié)合起來,為富臨橋(人行天橋)的維修加固施工控制提供了有效的技術(shù)支撐。4)測試期間,部分地方堆積有大量荷載,當(dāng)堆積荷載去除后,必然對堆積區(qū)域內(nèi)拉索索力產(chǎn)生極大的影響,因此,建議在二次張拉前,清除橋上集中堆積的重物,確保索力測試的準(zhǔn)確性。5)強(qiáng)有力的施工監(jiān)控組織管理系統(tǒng)是最終實(shí)現(xiàn)施工監(jiān)控目標(biāo)的重要保證,通過富臨橋(人行天橋)維修加固整治工程實(shí)踐,證明了本監(jiān)控是成功的,監(jiān)控的理論與方法及其組織管理系統(tǒng)是正確的,它具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣應(yīng)用價(jià)值。

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