熊 杰

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430052)

1 引 言

在我國(guó)目前高速公路、國(guó)省干線公路以及城市道路橋梁中，下承式系桿拱橋由于其造型優(yōu)美、建筑高度小、跨越能力大等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性而被廣泛采用。吊桿是系桿拱橋的重要傳力構(gòu)件，對(duì)系桿拱橋的運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。早期建設(shè)的部分系桿拱橋在運(yùn)營(yíng)多年后，由于橋梁養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、災(zāi)害、超載、吊桿或錨具銹蝕等系列原因，造成吊桿安全性能降低，甚至出現(xiàn)橋梁垮塌等安全事故，如2001年宜賓小南門大橋坍塌以及2007年常州運(yùn)村大橋垮塌等事故均與吊桿相關(guān)。對(duì)于系桿拱橋，吊桿更換是該類橋型需要面對(duì)的重要問題之一。

以下承式剛性系桿拱橋?yàn)檠芯繉?duì)象，提出了偏保守的臨時(shí)吊桿更換方法；由于該橋采用剛性系桿，系桿本身具有較大的剛度，提出采用無輔助支撐的直接更換方法，并對(duì)兩種更換方法進(jìn)行對(duì)比分析，論述兩種方法各自的技術(shù)特點(diǎn)，比選出更佳的吊桿更換方法。

2 工程概況

蘇州市S604省道二干河大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用剛性系桿拱橋，計(jì)算跨徑為60 m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5.357 1，矢高11.2。拱肋和系梁均采用箱型截面，拱肋高1.6 m，寬1.3 m，系梁高1.7 m，寬1.3 m，頂板、底板和腹板厚均為0.25 m。系梁至拱腳段時(shí)漸變?yōu)楦?.2 m的矩形截面，吊桿間距為5.0 m。橫橋向采用兩片拱肋和系梁組成，凈距為15.5 m，中心距16.8 m，橋面系總寬為18.1 m。兩拱肋之間共用3根高1.4 m，翼寬0.7 m的T形風(fēng)撐聯(lián)接，系梁橫向之間由端橫梁和中橫梁相連，橫梁間距5.0 m。

管養(yǎng)單位在日常巡查中及定期檢查中發(fā)現(xiàn)，吊桿鋼護(hù)筒及上下墊板多處嚴(yán)重銹蝕、破損，吊桿內(nèi)部鋼絲滲水，吊桿損傷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)造成不利影響，并且會(huì)威脅結(jié)構(gòu)安全。為了保證結(jié)構(gòu)安全，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力狀態(tài)、變形狀態(tài)，需要對(duì)吊桿進(jìn)行更換。

3 吊桿更換原則

(1)吊桿更換施工過程中結(jié)構(gòu)要安全、可控，不得因?yàn)楦鼡Q吊桿而使橋梁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)病害。

(2)吊桿更換完成后，基本不改變橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀受力狀態(tài)與線形。若需通過調(diào)索使結(jié)構(gòu)內(nèi)力和橋梁線形進(jìn)入擬定的設(shè)計(jì)狀態(tài)，通過調(diào)索后的結(jié)構(gòu)實(shí)際內(nèi)力狀態(tài)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀態(tài)應(yīng)基本相符合。

(3)吊桿更換方案應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，具有良好可操作性性與可控制性，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

4 吊桿更換方案

基于以上原則，提出采用臨時(shí)吊桿法，即采用臨時(shí)吊桿進(jìn)行舊吊桿力與新吊桿力的轉(zhuǎn)換，該法具有廣泛的適用性，是目前系桿拱橋吊桿更換常用的方法之一?？紤]該橋系桿采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱型結(jié)構(gòu)形式，本身具備較大的抗彎剛度，具有采用無輔助支撐直接更換法的先決條件。

4.1 臨時(shí)吊桿更換法

目前，對(duì)于系桿拱橋吊桿更換，臨時(shí)吊桿法是普遍采用的方法，即在吊桿更換施工過程中采用臨時(shí)吊桿替代原有吊桿。臨時(shí)吊桿體系由4根精軋螺紋鋼，拱上2根錨固橫梁、系梁底部2根拖梁及相應(yīng)的錨固構(gòu)件組成，臨時(shí)吊桿張拉采用在拱頂張拉。

換吊桿施工過程主要分為臨時(shí)吊桿張拉與舊吊桿卸除、新吊桿張拉與臨時(shí)吊桿卸載兩大步驟。通過臨時(shí)吊桿張拉，原吊桿割除轉(zhuǎn)移原有吊桿內(nèi)力，在新吊桿安裝就位后，通過新吊桿張拉、臨時(shí)吊桿卸載將原有吊桿內(nèi)力轉(zhuǎn)移到新吊桿上。吊桿更換施工流程如下。

(1)搭設(shè)工作平臺(tái)、安裝臨時(shí)吊桿等準(zhǔn)備工作，完成系梁、拱肋等標(biāo)高初始數(shù)據(jù)采集工作；

(2)逐級(jí)張拉臨時(shí)吊桿，逐級(jí)切割舊吊桿鋼絲，在逐級(jí)張拉與切割過程中，注意觀察拱肋及系梁標(biāo)高變化；

(3)舊吊桿切斷后，拆除舊吊桿及其錨固系統(tǒng)，安裝新吊桿及其錨固系統(tǒng)；

(4)分級(jí)張拉新吊桿，分級(jí)卸載臨時(shí)吊桿，以6#吊桿更換為例，在吊桿更換過程中，計(jì)算吊桿更換過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移變化，計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 6#吊桿更換過程中對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)處拱肋與系桿豎向位移變化曲線

圖2 6#吊桿更換過程中對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)處拱肋上緣與系桿下緣應(yīng)力變化曲線

理論分析結(jié)果表明，采用臨時(shí)吊桿法更換6#吊桿，在更換過程中，拱肋及系梁最大位移變化不超過1 mm；拱肋截面上緣以及系桿截面下緣最大應(yīng)力變化不超過2 MPa，相對(duì)于成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力儲(chǔ)備，存在較大的安全富裕度。因此，采用臨時(shí)吊桿法更換6#吊桿結(jié)構(gòu)始終處于受力安全狀態(tài)，且采用該方法結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備高，是一種偏保守的更換方法。

4.2 直接更換法

本橋采用剛性系桿拱橋體系，吊桿錨固于系梁桿內(nèi)，由于系梁本身有較大的剛度，則存在直接更換吊桿的可能性。不同于臨時(shí)吊桿法，直接更換吊桿方法不需要臨時(shí)吊桿等臨時(shí)支撐措施，充分利用結(jié)構(gòu)既有承載能力，直接進(jìn)行舊吊桿拆除與新吊桿安裝，并能夠保證整個(gè)更換施工過程結(jié)構(gòu)處于安全可控狀態(tài)。

對(duì)于剛性系桿拱橋，單根吊桿直接拆除后，系桿和拱肋在相應(yīng)拆除吊桿處將產(chǎn)生豎向位移，系桿與拱肋截面將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)自身預(yù)壓應(yīng)力后且達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度，則會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫引發(fā)結(jié)構(gòu)病害。因此，采用直接更換法給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響明顯大于臨時(shí)吊桿更換法。采用直接更換法更換吊桿的關(guān)鍵在于控制舊吊桿直接拆除后拱肋和系桿的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)處于安全范圍內(nèi)，必須從理論上論證該方法的適用性，確保更換過程中結(jié)構(gòu)安全。

以6#吊桿更換為例，計(jì)算6#吊桿完全拆除后對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響，計(jì)算結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 6#吊桿拆除對(duì)拱肋及系梁變形影響曲線圖

圖4 6#吊桿拆除對(duì)拱肋及系梁應(yīng)力影響曲線圖

圖5 6#吊桿拆除對(duì)其余吊桿力影響直方圖

理論分析結(jié)果表明，6#吊桿拆除對(duì)拱肋、系梁變形與應(yīng)力以及吊桿索力變化影響具有以下特點(diǎn)。

(1)6#吊桿拆除后拱肋變形向上、系梁位移向下，且6#吊桿處系梁及拱肋變形最大，系梁最大向下位移約7 mm，系梁相鄰吊點(diǎn)間相對(duì)位移變化最大約2 mm，對(duì)橋面受力安全影響是可以接受的。

(2)6#吊桿拆除后對(duì)其鄰近吊桿力的影響較大，遠(yuǎn)離6#吊桿的吊桿力影響較小。經(jīng)計(jì)算，成橋狀態(tài)下5#、7#吊桿力為850 kN，6#吊桿拆除后，吊桿力增加至1100 kN，增幅為29%，吊桿力仍處于安全范圍內(nèi)。

(3)6#吊桿拆除后，對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)拱肋截面上緣以及系梁截面下緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力，且該處產(chǎn)生拉應(yīng)力最大，遠(yuǎn)離拆除吊桿拱肋及系梁應(yīng)力變化較小，6#吊桿拆除對(duì)該處拱肋截面上緣以及系梁截面下緣受力影響最不利，其中，拱肋最大應(yīng)力變化為4.54 MPa，系梁最大應(yīng)力變化3.95 MPa。經(jīng)計(jì)算，成橋狀態(tài)下6#吊桿處拱上緣壓應(yīng)力為8.63 MPa，6#吊桿處系梁壓應(yīng)力為4.15 MPa。因此，6#吊桿拆除引起拱肋及系梁截面拉應(yīng)力均小于截面本身壓應(yīng)力儲(chǔ)備，截面仍處于受壓狀態(tài)。因此，采用直接更換法更換6#吊桿在受力上是安全可行的。

4.3 方案比選

采用臨時(shí)吊桿法與直接更換法相比，在結(jié)構(gòu)受力特性上，采用臨時(shí)吊桿法對(duì)結(jié)構(gòu)的受力影響很小，更換過程中施工控制難度低，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)更安全。采用直接更換法拆除6#吊桿后，對(duì)結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生一定不利影響，但最不利截面仍處于受壓狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力仍處于安全可控狀態(tài)。在施工工藝上，采用臨時(shí)吊桿法需要設(shè)置臨時(shí)吊桿以及在拱頂設(shè)置三角墊塊等輔助措施，施工工藝較繁瑣；而采用直接更換無需設(shè)置臨時(shí)吊桿及三角墊塊等，直接切斷舊吊桿安裝新吊桿，施工方便快捷，對(duì)于大規(guī)模吊桿更換，該方法可顯著減少工期，降低施工成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。因此，在安全性能夠得到保證的前提下，該橋采用直接更換法可作為吊桿更換更佳的選擇。

5 結(jié) 論

就下承式剛性系桿拱橋吊桿更換提出臨時(shí)吊桿法與直接更換法兩種方法，并作出對(duì)比分析，主要得出以下結(jié)論。

該橋采用臨時(shí)吊桿法進(jìn)行吊桿更換，吊桿更換過程對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響較小，且結(jié)構(gòu)存在較大的安全富裕度，安全可靠，但在施工工藝上需要設(shè)置臨時(shí)吊桿等輔助措施，是一種偏保守的更換方法。

該橋采用直接更換法進(jìn)行吊桿更換，吊桿更換過程對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的不利影響要大于臨時(shí)吊桿法，6#吊桿拆除后，拱肋以及系梁最不利截面仍處于受壓狀態(tài)，在結(jié)構(gòu)受力方面，采用直接更換法是切實(shí)可行的。

直接更換法在施工工藝方面，無需設(shè)置臨時(shí)輔助設(shè)施，施工工藝簡(jiǎn)單，方便快捷，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于該橋吊桿更換是一種更佳的更換方案。

采用直接更換法進(jìn)行吊桿更換的關(guān)鍵在于控制舊吊桿拆除后結(jié)構(gòu)受力處于安全范圍內(nèi)，該方法是合理可行的，取得的效果十分明顯，對(duì)于其他類似橋梁可借鑒參考。