文/麗水市公路港航與運(yùn)輸管理中心 曹發(fā)文
關(guān)鍵字:系桿拱橋;更換吊桿;質(zhì)量控制
吊桿作為系桿拱橋的重要承重構(gòu)件,處于高拉應(yīng)力狀態(tài)。吊桿內(nèi)鋼絲雖然處于保護(hù)套內(nèi),但隨著服役時間增加,保護(hù)套出現(xiàn)破損、開裂時,外界腐蝕介質(zhì)將會進(jìn)入吊桿內(nèi)部,對鋼絲產(chǎn)生腐蝕作用。處于高應(yīng)力狀態(tài)下的鋼絲對腐蝕作用的抵抗能力尤為脆弱,嚴(yán)重時將導(dǎo)致吊桿整體斷裂,并可能引發(fā)多米諾效應(yīng),導(dǎo)致橋梁的整體坍塌。目前國內(nèi)垮塌的橋梁中,中下承式吊桿拱橋的數(shù)量居于前列,吊桿失效是垮塌的重要因素之一。
麗水市塔下大橋主橋為柔性系桿拱結(jié)構(gòu),主橋長 93.4m。主橋結(jié)構(gòu)為下承式系桿拱(二片拱肋),矢跨比為 f/l=1/5,跨徑90m。拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu),啞鈴形截面,高 2.4m,由兩根直徑1100mm、厚16mmA3 鋼管和兩塊厚14mm 綴板組成,鋼管中及綴板間灌注C40 混凝土。該橋共有17 對吊桿,吊桿主要病害有:(1)吊桿下端錨箱內(nèi)下錨杯、錨下鋼板及上導(dǎo)管銹蝕。(2)吊桿鋼管護(hù)套表面銹蝕約。(3)吊桿上導(dǎo)管減振填充物老化。(4)吊桿下錨杯鋼絲鐓頭銹蝕。(5)左6#吊桿下錨杯封閉混凝土鑿開后,有水滲出。(6)左7#、右15#吊桿吊桿下錨窩南側(cè)壁斜向裂縫。(7)右17#吊桿下防水罩缺失。
吊桿設(shè)計使用年限一般為 10 ~20 年,本橋建成約 13 年,且吊桿防護(hù)措施較落后,因此可考慮對其進(jìn)行更換。
選擇時遵循以下原則:(1)在維持原設(shè)計荷載的前提下,保證新?lián)Q吊桿承載能力滿足現(xiàn)行《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》中吊索綜合系數(shù)(安全系數(shù))的要求。(2)新?lián)Q吊桿承載能力不得小于原有吊桿承載能力。(3)新?lián)Q吊桿上下導(dǎo)管直徑盡量匹配,導(dǎo)管空島盡量不重新擴(kuò)孔。
吊桿更換采用“臨時兜吊法”,該橋為簡單懸吊體系,施工完成后,橋面標(biāo)高需保持與施工前標(biāo)高一致。
臨時吊桿的張拉端放置在上吊點(diǎn)即拱背上,用四臺千斤頂同步張拉 4 根臨時吊桿,張拉過程中,必保持每根臨時吊桿受力相等,保證整個施工過程中,施工荷載在拱肋拱軸線上受力。同時為確保舊吊桿拆除時橋梁各部分的變形盡可能保持穩(wěn)定,以免變形過大造成橋面開裂,應(yīng)采用分次張拉臨時吊桿,逐步卸載舊吊桿。
對臨時吊桿進(jìn)行張拉的同時,要對橋面及拱肋標(biāo)高進(jìn)行實時監(jiān)測,橋面標(biāo)高上下位移不能超過3mm。臨時吊桿達(dá)到設(shè)計拉力或者標(biāo)高變化在規(guī)定范圍內(nèi)后,用切割機(jī)在橋面處分絲割斷部分舊吊桿鋼絲。
吊桿護(hù)管在吊桿系桿、拱肋內(nèi)的埋置長度為 2.5m 左右,在原施工時,吊桿與護(hù)管之間被水泥混凝土、砂漿填滿。施工時要安排人員采用高壓水槍一邊沖洗一邊用長鋼釬鑿除,最后用千斤頂加墊塊直接抽出。
為確保新吊桿安裝和原預(yù)埋管管壁的防腐,吊桿拆除后,應(yīng)先將錨箱與套管內(nèi)的混凝土殘渣清理干凈,并對預(yù)埋鋼管和上下錨墊板進(jìn)行除銹處理。
將吊桿兩端錨頭拆開包裝,檢查螺紋是否旋入自如。索體部分的外包裝可待施工完成后再拆除。將吊桿橫梁端的螺母旋出,待用。將保護(hù)罩的厚墊板焊接在下端預(yù)埋墊板上,注意與墊板孔對中。拱端連接頭與新吊桿上端錨頭內(nèi)螺紋連接。
吊桿索力是下承式拱橋重要的受力構(gòu)件,通過吊桿索力的監(jiān)測能夠為運(yùn)營期間的安全性提供直接的預(yù)警信息和狀態(tài)評估信息。在對應(yīng)吊桿設(shè)置錨索計對吊桿索力進(jìn)行監(jiān)測。
通過交替對新吊桿的張拉和卸載臨時吊桿,將臨時吊桿承擔(dān)的吊桿力轉(zhuǎn)移到新的吊桿上,由新吊桿取代臨時吊桿。
為使?jié)B入吊桿內(nèi)的雨水能夠順利排出,吊桿下錨具設(shè)帶排水槽的3cm 厚不銹鋼墊板。
為確保施工期間施工區(qū)域及周邊道路的通暢運(yùn)行,保證施工對車輛通行的影響最小,采取作業(yè)期間24 小時雙向封閉第二側(cè)車道,第一車道保持小型車輛通行,期間非機(jī)動車和行人正常通行,沿線公交車輛提前進(jìn)行告示繞道通行。
在吊桿更換過程中,需要跟蹤測量的是橋面標(biāo)高、被更換吊桿的伸長量和對臨時吊桿加載的油壓表讀數(shù)等。對臨時吊桿每級加載后、每次割斷鋼絲后和新吊桿各級張拉后,均需要測量橋面標(biāo)高、吊桿的伸長量,并記錄油壓表的讀數(shù)。
吊桿更換后,要再次測量橋面標(biāo)高并與橋面初始位置進(jìn)行比較;測試新吊桿索力與設(shè)計值進(jìn)行對照;測定吊桿下吊點(diǎn)撓度的變化情況,并把這些作為索力是否需要調(diào)整的依據(jù)。
各吊桿實測頻率基本符合理論規(guī)律,吊桿力分布基本符合理論規(guī)律,吊桿力基本無異常。橋面線形無突變、折線情況,線形平順。左右拱拱肋拱軸線與理論線形重合性較好,未發(fā)現(xiàn)異常變形。
跑車試驗時,讓兩輛載重汽車以不同車速勻速通過橋跨結(jié)構(gòu),通過測定橋跨結(jié)構(gòu)主要控制截面測點(diǎn)的動應(yīng)變時間歷程響應(yīng)曲線可以得到橋梁的沖擊系數(shù)。測點(diǎn)位置位于右側(cè)拱頂測點(diǎn)處應(yīng)變時程曲線圖。模態(tài)測試試驗得到橋梁第一至五階豎向振型(包括扭轉(zhuǎn)振型)、頻率及阻尼比。
(1)頻率與阻尼:實測橋梁縱向、橫向一階,豎向第一至七階振動頻率與阻尼,實測頻率與計算值接近,且一般略大于計算值。表明計算模型與實測結(jié)構(gòu)相符,結(jié)構(gòu)整體剛度與計算相當(dāng)。實測各階振型阻尼比分別為 1.26%~4.11%之間,均在一般常值范圍內(nèi)。
(2)振型:通過模態(tài)測試試驗實測結(jié)構(gòu)第一至七階豎向振型與計算相符,僅是第四、五階的扭轉(zhuǎn)振型出現(xiàn)次序相反。
(3)沖擊系數(shù):拱肋沖擊系數(shù)在 1.028 ~1.057 之間,且一般車速較大時,沖擊系數(shù)也較大。
(4)動載試驗結(jié)論實測拱肋應(yīng)變沖擊系數(shù)與《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范》(GB50923-2013)較接近,小于《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》(JTG/T D65-06-2015),大于《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTJ 021-89)。實測結(jié)構(gòu)一至七階豎向振型與計算基本一致;各階實測頻率及縱橫向頻率接近計算值,表明計算模型剛度與實際結(jié)構(gòu)相符;實測阻尼比在常值范圍。
系桿拱結(jié)構(gòu),主梁采用斜桿與主拱圈相連,形成尼爾森體系。一旦吊桿斷裂將會造成整座橋坍塌。橋梁應(yīng)按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004),做好橋梁的定期檢查和維護(hù)工作,并加強(qiáng)橋梁的日常養(yǎng)護(hù)管理工作;并注意嚴(yán)禁超載車輛通行,確保橋梁安全。