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        自錨式懸索橋換索施工控制

        2021-04-06 04:50:32
        山東交通科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:吊索主纜全橋

        王 斌

        (大連理工現(xiàn)代工程檢測有限公司,遼寧 大連 116024)

        1 工程概況

        撫順市天湖大橋位于撫順市區(qū)東部,跨越渾河,道路等級為城市主干路,機動車道為雙向6 車道,橋面總寬41 m。主橋是一座自錨式混凝土懸索橋,主跨為160 m,邊跨70 m,錨固跨15 m。主梁為五跨連續(xù)箱梁,主纜中心距26.5 m,吊索順橋向間距5 m。主梁采用鋼筋混凝土箱梁,箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面為單箱五室。索塔為H 型,塔柱采用實體矩形截面。主纜中跨矢跨比為1/6,主纜直徑54.3 cm,采用85 根φ54 mm 鍍鋅鋼絲繩,吊索采用121 根φ7.1 mm 鍍鋅高強平行鋼絲[1]。

        天湖大橋建成通車數(shù)十年后對該橋進行檢測,發(fā)現(xiàn)該橋存在索夾滑移、索夾抗滑拉索、吊索銹蝕及主纜防護破損等病害,因此需要進行加固維修。

        2 計算模型

        采用大型空間有限元計算軟件Midas/Civil 建立有限元模型進行計算分析。主纜采用只受拉單元模擬,吊索采用桁架單元模擬,橋塔及主梁均采用梁單元進行模擬,主纜、吊索與主梁的連接采用彈性連接模擬,計算模型見圖1。

        圖1 計算模型

        3 施工控制方案及結(jié)果

        大橋施工監(jiān)控主要包括抗滑拉索施工過程監(jiān)控、吊索更換施工過程監(jiān)控和全橋吊索調(diào)整施工過程監(jiān)控三部分,主要是針對吊索和抗滑拉索進行更換,吊索更換完畢后,對全橋吊索力進行調(diào)整,使結(jié)構(gòu)受力更加合理,主梁線形更加平順。

        3.1 抗滑拉索施工控制

        大橋3#~22#索夾采用抗滑拉索增加抗滑能力,每個索夾采用4 ~6 根直徑15.2 mm 的PE 環(huán)氧涂層鋼絞線,全橋共計184 根,全部抗滑拉索施工根據(jù)設(shè)計方案進行更換。鋼絞線錨于傳力板上,每根鋼絞線張拉控制力為156 kN??够髁⒚娌贾靡妶D2。抗滑拉索張拉時,采用張拉力和伸長量雙控,以張拉控制力為主,伸長量進行校核。

        圖2 抗滑拉索立面布置

        3.2 吊索更換施工控制

        大橋吊索采用121-φ7 鍍鋅平行鋼絲索,鋼絲強度為1 670 MPa,表面為雙層PR 護套,外層為白色,兩端設(shè)置LM-121 型冷鑄錨,全橋共110根吊索。維修加固需對全橋110 根吊索全部更換。根據(jù)施工組織設(shè)計,先施工下游側(cè),再施工上游側(cè)。施工區(qū)域分為南邊跨、中跨、北邊跨3 塊,每個區(qū)域只容許一個換索作業(yè)點。

        操作步驟:(1)單根吊索更換前,按照設(shè)計要求安裝索夾防滑裝置。(2)全橋封閉狀態(tài)下,對將要更換的第i根吊索位置及相鄰的i-1,i+1 位置各3 個測點的主纜及主梁標(biāo)高進行測量,同時測量吊索上端銷軸中心至索管頂?shù)木嚯xL0。(3)按照設(shè)計要求安裝張拉千斤頂、壓力傳感器。(4)分步張拉千斤頂,取20 t 為一個步長,逐步加載至吊索下端螺母與錨墊板脫離,每個加載步加載結(jié)束后,持荷,檢查索夾抗滑裝置兩端螺母松緊狀況,并及時調(diào)整,確??够b置正常。(5)張拉千斤頂?shù)耐瑫r,觀察吊索底部錨杯螺母與錨墊板縫隙,當(dāng)兩者出現(xiàn)相對位移時,停止加載,持荷5 min,讀取壓力傳感器讀數(shù)T0,同時讀取千斤頂油壓表讀數(shù)F0,作好記錄。(6)按照設(shè)計要求逐級放松吊索,拆除吊索,并對索夾及索管進行防腐處理。(7)舊吊索拆除后,測量i-1,i,i+1 位置各3個測點的主纜及主梁標(biāo)高,并做好記錄。(8)安裝新吊索,按照設(shè)計要求安裝千斤頂及壓力傳感器,張拉千斤頂至壓力傳感器讀數(shù)為T1,同時校核油壓千斤頂讀數(shù)是否為F1。持荷,測量第i根吊索位置主梁和主纜標(biāo)高,吊索上端銷軸中心至索管頂測點距離L1。(9)及時整理收集傳感器讀數(shù)、千斤頂讀數(shù)、主纜標(biāo)高、主梁標(biāo)高、吊索上端銷軸中心至索管頂測點長度等參數(shù)。(10)對所有數(shù)據(jù)進行綜合分析,確定滿足控制要求后,吊索更換完成,擰緊螺母,放松千斤頂。(11)全橋封閉,測量i-1,i,i+1 位置各3 個測點的主纜及主梁標(biāo)高,并作好記錄。(12)重復(fù)上述施工步驟,對剩余吊索進行更換。

        新吊索張拉力是根據(jù)舊吊索拆除時的張拉力及主纜主梁相對位移的變化來確定,主纜主梁的相對位移(相對索長)變化為主控,確保新安裝吊索的相對索長與原先基本相同。相對索長控制見圖3,吊索更換前長度為Lab(L0),吊索更換后長度為Lcd(L1),控制條件為L1-L0≈0。吊索更換前后的吊索力:上游原吊索索力均值為1 800 kN,吊索更換后索力均值為1 824 kN;下游原吊索索力均值為1 824 kN,更換后索力均值為1 875 kN。吊索更換前后下游吊索力平均增加2.8%,上游吊索力平均增加2.6%。

        圖3 相對索長控制

        3.3 全橋吊索調(diào)整

        當(dāng)上下游吊索均更換完成,為改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),使橋梁結(jié)構(gòu)后期運營更加安全合理,需對全橋吊索索力和主梁線形進行調(diào)整。全橋吊索力調(diào)整共分兩個階段完成,第一輪調(diào)整在全橋封閉狀態(tài)下進行,通過將吊索更換后的索力值帶入計算模型,計算結(jié)構(gòu)在當(dāng)前索力值下的受力狀態(tài)并結(jié)合索力影響矩陣確定吊索力調(diào)整順序、張拉力及錨杯拔出量。調(diào)整以吊索力和錨杯拔出量進行雙控,以吊索力為主,目的是將上下游的吊索力調(diào)整均勻,一輪調(diào)整后索力柱狀圖見圖4。上游吊索索力均值為1 883 kN,下游吊索第一輪調(diào)整后索力均值為1 896 kN。

        圖4 一輪調(diào)整后索力值/kN

        上下游吊索第一輪調(diào)整完成后,進行吊索的第二輪調(diào)整。第二輪調(diào)整在全橋封閉狀態(tài)下進行,調(diào)整以錨杯拔出量和油表讀數(shù)進行雙控,錨杯拔出量為主,按上下游相同位置四個點同時對稱進行。第二輪調(diào)整亦在抬高主梁跨中撓度,提高主梁預(yù)拱度。經(jīng)過二輪調(diào)整后上、下游跨中主梁撓度柱狀圖見圖5。

        圖5 二輪調(diào)整后主梁撓度值/mm

        4 結(jié)語

        根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)的規(guī)定,橋梁吊索的設(shè)計使用年限為20 a[2]。天湖大橋吊索的使用年限已達20 a,同時根據(jù)橋檢發(fā)現(xiàn)病害,故對該橋的抗滑拉索及吊索進行維修加固。(1)通過對抗滑拉索和吊索進行更換,并對索力進行調(diào)整,得知一次調(diào)整后吊索力值更均勻,二次調(diào)整后主梁跨中吊索力明顯增加,吊索力曲線更圓滑。(2)吊索力調(diào)整前后上游跨中主纜標(biāo)高無明顯變化,下游跨中主纜標(biāo)高平均下降1.4 cm(均值范圍S25 ~ N25);上游主梁跨中標(biāo)高上升3.2 cm,下游主梁跨中標(biāo)高上升3.4 cm,達到預(yù)期目的。

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