竇勇芝，張日亮，韋福堂，寧紹鋒

（柳州歐維姆工程有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

目前，大多數(shù)鋼管桁架混凝土拱橋吊桿更換索力轉(zhuǎn)換裝置主要為臨時(shí)吊桿或臨時(shí)兜吊裝置，拱上部分需采取焊接方式固定調(diào)平楔形塊或抗滑擋塊，達(dá)到拱上調(diào)平便于設(shè)置橫梁或抗滑的目的。其缺點(diǎn)是：容易損傷原鋼管拱肋和涂裝，楔形塊不能周轉(zhuǎn)使用，拆除恢復(fù)作業(yè)進(jìn)度慢，施工成本較高。為解決上述技術(shù)存在的問題，本文研究之前提出了一種抱箍式臨時(shí)兜吊系統(tǒng)，并經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試應(yīng)用于某上跨既有鐵路營(yíng)業(yè)線的下承式鋼管桁架拱橋的營(yíng)業(yè)線外側(cè)吊桿更換。而對(duì)于營(yíng)業(yè)線內(nèi)側(cè)吊桿更換，較為突出的問題為，梁底至鐵路安全界限邊緣高度較為有限，其最小高度為0.4 m，不能滿足上述臨時(shí)兜吊系統(tǒng)設(shè)置的梁下型鋼構(gòu)件安拆作業(yè)空間，針對(duì)此工程難點(diǎn)，本文在上述抱箍式臨時(shí)兜吊系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)研究，主要針對(duì)下臨時(shí)索及梁下鋼構(gòu)件部分進(jìn)行改進(jìn)，并經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試很好地解決上述突出問題。

1 工程概況

某高架橋于1998年建成通車，采用主跨90 m的下承式鋼管混凝土剛架系桿拱橋（見圖1）。橋梁全長(zhǎng)90 m，橋面全寬25.5 m。上部承重構(gòu)件為90 m的鋼管混凝土拱肋，左右各一片，拱肋斷面為桁架式，由4根鋼管組成，鋼管內(nèi)部灌注C50混凝土。兩側(cè)拱肋之間設(shè)置4道一字式桁式橫撐。每側(cè)拱肋下有16根吊桿，拱肋拱腳間設(shè)4根系桿。下部結(jié)構(gòu)型式為墻式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面由預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制橫梁、現(xiàn)澆連續(xù)橋面板組成，瀝青混凝土橋面鋪裝，毛勒式伸縮縫。

圖1 全橋立面布置圖

目前該橋已運(yùn)營(yíng)約18 a，由于期間往返于橋上交通的車輛超載現(xiàn)象嚴(yán)重，以及混凝土收縮等原因，造成了局部受力構(gòu)件出現(xiàn)裂縫等病害。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果，該橋共32根吊桿，所有吊桿都存在不同程度的表觀病害，有劃痕刮傷、涂層起皮、燒痕凹陷等。21根吊桿上錨頭漏油現(xiàn)象較為嚴(yán)重，23根吊桿下錨頭漏油現(xiàn)象較為嚴(yán)重。同時(shí)下錨頭處出現(xiàn)銹蝕，并有進(jìn)一步發(fā)展的可能，且該橋原吊桿錨頭采用墩頭錨，抗疲勞性能較差，需加固改造更換全橋吊桿。

該橋上跨既有鐵路營(yíng)業(yè)線，個(gè)別吊桿位于既有鐵路營(yíng)業(yè)線以外區(qū)域，大部分吊桿位于既有鐵路營(yíng)業(yè)線以內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)全橋吊桿長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)，以及施工可操作空間的考慮，吊桿更換采用抱箍式臨時(shí)兜吊體系施工。

2 臨時(shí)兜吊體系的設(shè)計(jì)原則[1,2]

（1）能滿足同原吊桿恒載作用下相同的受力狀態(tài)，并保證有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性安全儲(chǔ)備。

（2）與原吊桿進(jìn)行力系轉(zhuǎn)換過程中，能夠分級(jí)卸載或加載定量控制，保持原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不變和工作狀態(tài)的連續(xù)性。

（3）臨時(shí)兜吊體系在安裝和施工使用過程中，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損傷，并避免構(gòu)件局部應(yīng)力集中情況。

3 臨時(shí)兜吊體系的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 臨時(shí)兜吊體系組成

臨時(shí)兜吊系統(tǒng)（見圖2、圖3）由抱箍、上橫梁、調(diào)平鋼箱、上臨時(shí)索、轉(zhuǎn)換梁I（橫橋向）、轉(zhuǎn)換梁Ⅱ（縱橋向）、連接裝置、下臨時(shí)索、千斤頂和梁底防護(hù)墊板組成。兩半式抱箍通過高強(qiáng)螺桿預(yù)緊與鋼管拱肋間產(chǎn)生摩擦力，與拱上下滑力平衡，并在抱箍與鋼管拱肋間設(shè)置橡膠墊填充間隙使之接觸密貼。在拱肋上距離原吊桿中心各一側(cè)分別安裝抱箍，抱箍上焊接調(diào)平鋼箱實(shí)現(xiàn)調(diào)平，上橫梁水平放置在調(diào)平鋼箱頂面，通過4束上臨時(shí)索鋼絞線連接上橫梁和轉(zhuǎn)換梁I，將轉(zhuǎn)換梁I兜吊在拱肋和橋面之間，轉(zhuǎn)換梁Ⅱ架設(shè)在轉(zhuǎn)換梁I上，形成“井”字結(jié)構(gòu)，通過栓接方式連接成整體，在各吊點(diǎn)中心上、下游側(cè)位置橋面處分別采用金剛鉆機(jī)鉆孔，以穿下臨時(shí)索。

圖2 臨時(shí)兜吊體系立面圖

圖3 臨時(shí)兜吊體系側(cè)面圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)一為下臨時(shí)索采用精軋螺紋鋼、連接裝置、鋼絲繩組合結(jié)構(gòu)，在連接裝置銷軸結(jié)構(gòu)上，安裝1根鋼絲繩往返繞4道，一端通過成品鋁合金壓制接頭錨固方式，另一端通過繩夾緊固錨固方式，可保證4道鋼絲繩一起參與受力。

以“井”字轉(zhuǎn)換梁為反力支架，通過4臺(tái)千斤頂同時(shí)張拉4束下臨時(shí)索，下臨時(shí)索下端通過鋼絲繩繞過吊桿橫梁底保護(hù)墊板，將吊桿橫梁托起，實(shí)現(xiàn)原橋吊桿所有受力均勻地轉(zhuǎn)換到臨時(shí)索上。

改進(jìn)設(shè)計(jì)二為梁底設(shè)置保護(hù)鋼墊板，較常規(guī)設(shè)計(jì)的型鋼構(gòu)件，優(yōu)化了梁底作業(yè)安拆空間，結(jié)合改進(jìn)設(shè)計(jì)一，下臨時(shí)索鋼絲繩部分可繞過吊桿橫梁。優(yōu)化后的梁底兜吊系統(tǒng)部分安裝高度為8 cm，較之梁底兜吊系統(tǒng)部分原安裝高度為35 cm，很好地滿足梁下有限高度0.4 m的作業(yè)要求。

另外，梁底保護(hù)墊板與吊桿橫梁間墊5 m m厚橡膠板，防止兜吊加載時(shí)因局部應(yīng)力集中對(duì)吊桿橫梁造成損傷。

3.2 上臨時(shí)索選型

上臨時(shí)索采用公稱直徑15.24 m m，抗拉強(qiáng)度1 860 M Pa鋼絞線，共計(jì)采用4束，單束6根鋼絞線組成。

3.3 連接裝置設(shè)計(jì)

連接裝置立面和側(cè)面見圖4。

連接裝置材料Q345B，由鋼板拼焊組成主要承力構(gòu)件。

圖4 立面圖和側(cè)面圖

由上述計(jì)算結(jié)果可知（見圖5），等效應(yīng)力最大值均小于設(shè)計(jì)值295M Pa，滿足要求。

圖5 等效應(yīng)力云圖

3.4 下臨時(shí)索選型

下臨時(shí)索采用精軋螺紋鋼、連接裝置、鋼絲繩組合型式。

鋼絲繩采用公稱直徑32 m m，抗拉強(qiáng)度1 770 M Pa纖維芯6×37+FC圓股光面鋼絲繩，共計(jì)采用4束，單束4道鋼絲繩組成。

3.5 梁底保護(hù)墊板設(shè)計(jì)

梁底保護(hù)墊板立面和側(cè)面見圖6。

圖6 立面圖和側(cè)面圖

梁底保護(hù)墊塊材料Q345B，由鋼板拼焊組成主要承力構(gòu)件。

由上述計(jì)算結(jié)果可知（見圖7），等效應(yīng)力最大值均小于設(shè)計(jì)值295 M Pa，滿足要求。

圖7 等效應(yīng)力云圖

4 臨時(shí)兜吊體系的試驗(yàn)測(cè)試

4.1 拱肋抱箍抗滑性能試驗(yàn)測(cè)試

試驗(yàn)為室外試驗(yàn)，拱肋抱箍抗滑試驗(yàn)采用制作同等尺寸的兩根上弦鋼管結(jié)構(gòu)的方法模擬抱箍抗滑受力情況，兩套抱箍上分別焊接千斤頂反力座，采用張拉預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼加載，模擬抱箍抗滑受力情況。試驗(yàn)工況模擬短吊桿處抱箍抗滑情況。

高強(qiáng)螺栓按中間至兩側(cè)分別對(duì)稱分級(jí)擰緊順序，初擰至施工扭矩50%,復(fù)擰等于初擰扭矩，終擰至施工扭矩100%。

試驗(yàn)張拉設(shè)備采用油泵及千斤頂加載，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加載，并實(shí)時(shí)記錄加載數(shù)值。試驗(yàn)裝置見圖8。

圖8 抱箍抗滑試驗(yàn)

利用千斤頂張拉精軋螺紋鋼對(duì)抱箍施加荷載，共分5級(jí)加載至設(shè)計(jì)張拉力，經(jīng)測(cè)量無(wú)相對(duì)滑移，抱箍經(jīng)試驗(yàn)?zāi)軡M足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抗滑性能需要。

4.2 上橫梁性能試驗(yàn)測(cè)試

采用2道臨時(shí)兜吊上橫梁對(duì)拉的方法模擬上橫梁受力情況，2道臨時(shí)兜吊上橫梁之間設(shè)置鋼箱，采用張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線加載，模擬上橫梁受力情況。

試驗(yàn)張拉設(shè)備采用油泵及千斤頂加載，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加載，并實(shí)時(shí)記錄加載數(shù)值。試驗(yàn)裝置見圖9。

利用千斤頂張拉鋼絞線對(duì)上橫梁施加荷載，共分5級(jí)加載至設(shè)計(jì)力375 kN，再分級(jí)卸載，經(jīng)測(cè)量上橫梁兩型鋼最大相對(duì)位移經(jīng)卸載后恢復(fù)正常，構(gòu)件各焊點(diǎn)良好，無(wú)裂紋，滿足施工需要。

圖9 上橫梁加載試驗(yàn)

4.3 轉(zhuǎn)換梁I性能試驗(yàn)測(cè)試

采用2道臨時(shí)兜吊轉(zhuǎn)換梁對(duì)拉的方法模擬轉(zhuǎn)換梁受力情況，2道臨時(shí)兜吊轉(zhuǎn)換梁之間設(shè)置鋼箱，采用張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線加載，模擬轉(zhuǎn)換梁受力情況。

試驗(yàn)張拉設(shè)備采用油泵及千斤頂加載，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加載，并實(shí)時(shí)記錄加載數(shù)值。試驗(yàn)裝置見圖10。

圖10 轉(zhuǎn)換梁I加載試驗(yàn)

利用千斤頂張拉鋼絞線對(duì)轉(zhuǎn)換梁施加荷載，共分5級(jí)加載至設(shè)計(jì)力，再分級(jí)卸載，經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換梁兩型鋼最大相對(duì)位移經(jīng)卸載后恢復(fù)正常，構(gòu)件各焊點(diǎn)良好，無(wú)裂紋，滿足施工需要。

4.4 臨時(shí)兜吊系統(tǒng)工藝試驗(yàn)測(cè)試

室外設(shè)置工字形試驗(yàn)臺(tái)座，模擬鋼絲繩臨時(shí)兜吊系統(tǒng)兜住臺(tái)座中間橫梁部分，鋼絲繩一端與連接裝置連接，連接裝置一端與預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋連接，預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋一端穿過臺(tái)座上方井字轉(zhuǎn)換梁，與千斤頂連接，驅(qū)動(dòng)千斤頂張拉，依次反頂井字轉(zhuǎn)換梁、鋼支撐、臺(tái)座上方轉(zhuǎn)換梁、臺(tái)座，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩臨時(shí)兜吊系統(tǒng)加載。

試驗(yàn)張拉設(shè)備采用油泵及千斤頂加載，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加載，并實(shí)時(shí)記錄加載數(shù)值。試驗(yàn)裝置見圖11。

經(jīng)試驗(yàn)，1側(cè)安裝1根鋼絲繩往返繞4道，一端通過成品鋁合金壓制接頭錨固方式，另一端通過7個(gè)繩夾緊固錨固方式，可保證4道鋼絲繩一起參與受力。

圖11 工藝試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

利用千斤頂張拉精軋螺紋鋼對(duì)轉(zhuǎn)換梁施加荷載，共分5級(jí)加載至設(shè)計(jì)力，再分級(jí)卸載，經(jīng)測(cè)量各構(gòu)件最大相對(duì)位移經(jīng)卸載后恢復(fù)正常，構(gòu)件各焊點(diǎn)良好，無(wú)裂紋，滿足施工需要。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)此前提出的抱箍式臨時(shí)兜吊系統(tǒng)[4]進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，主要針對(duì)下臨時(shí)索及梁下鋼構(gòu)件部分進(jìn)行改進(jìn)，很好地解決了營(yíng)業(yè)線內(nèi)側(cè)吊桿更換的突出問題，即梁底至鐵路安全界限邊緣高度較為有限，其最小高度為0.4 m。同時(shí)安拆方便，可周轉(zhuǎn)使用。

另外，下承式鋼管拱橋吊桿更換的臨時(shí)兜吊系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)，需結(jié)合拱肋構(gòu)造型式、拱肋下施工空間、吊桿控制索力、吊桿長(zhǎng)度、橫梁構(gòu)造型式及吊桿受力特點(diǎn)等因素綜合考慮。施工時(shí)需在有效的測(cè)量和監(jiān)控措施下保證臨時(shí)兜吊體系與新、舊吊桿力系轉(zhuǎn)換的同步性、均衡性。本文總結(jié)的臨時(shí)兜吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、工程實(shí)踐可為同類橋型吊桿更換和同類型臨時(shí)兜吊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。