鐘婧如

（浙江交工集團股份有限公司設計院分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

近年來，由于鋼絲銹蝕引起吊桿的疲勞壽命下降，導致一些漂浮式拱橋發(fā)生坍塌事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，并產(chǎn)生不良的社會影響[1]。因此，漂浮式拱橋的吊桿服役性能是確保橋梁安全的重要工作。高強度鋼絲具有較高的承載能力，同時，由于鋼絲直徑小，疲勞強度對銹蝕十分敏感，定期更換吊桿是維護這類橋梁服役安全的最主要途徑[2-3]。

20 世紀90 年代建設了一大批漂浮式拱橋，吊桿的服役年限大多超過20 年，全國對多座此類拱橋更換了吊桿，為吊桿更換設計和施工積累了一定的經(jīng)驗。本文對某大跨度中承式鋼管混凝土拱橋的吊桿更換工程，總結(jié)和分析吊桿更換設計和施工技術，并根據(jù)退役鋼絲的銹蝕形貌，討論鋼絲的病害形式和原因，為同類工程積累經(jīng)驗，也為橋梁的管理和養(yǎng)護提供依據(jù)。

1 工程概況

本橋為跨度160m 的單跨中承式鋼管混凝土拱橋，橋面為漂浮式結(jié)構體系。橋梁原設計荷載為汽-20 級，掛-100，人群荷載3.5kN/m2。拱肋采用高3.4m、寬1.75m 的桁架結(jié)構，上下弦桿用綴板連接為啞鈴型斷面，通過豎腹桿及斜腹桿組成空間桁架結(jié)構。其中，拱肋上下弦桿采用Φ750mm×14mm 鋼管內(nèi)灌C50 混凝土，腹桿均采用Φ300mm×10mm空無縫鋼管。拱肋間設兩道預應力混凝土橫梁及五道鋼管空間格構橫梁。拋物線拱軸線的矢跨比為1/5。橋面采用高1.6m、長31.5m 的預應力混凝土吊桿橫梁和25cm 厚普通鋼筋混凝土實心預制車行道板，通過現(xiàn)澆濕接頭將橋面板與橫梁連成整體。

本橋吊桿采用高強鍍鋅鋼絲外包PE 套管，其中1#吊桿規(guī)格為137Φ7，其余吊桿規(guī)格為91Φ7，采用墩頭錨。吊桿間距為4.25m和5.5m兩種。吊桿上端穿過拱肋下緣綴板預埋鋼管，在下緣綴板頂部錨固。下端穿過橋面板及預應力橫梁梁端預留孔后，錨固于梁端底面。橫梁頂上25cm范圍內(nèi)預埋鋼管護套。

本橋于2002 年建成，營運至今已20 年左右。根據(jù)檢測結(jié)果顯示，拱橋吊桿可能存在銹蝕隱患，考慮吊桿服役年限達到了20 年，為確保橋梁的服役安全，對橋梁進行吊桿更換。

2 吊桿更換設計與施工

2.1 新吊桿選型設計

為滿足橋梁服役實際車輛運營的需求，新吊桿的承載力較原吊桿提高1.1～1.2 倍。從防腐性能和可更換性考慮，新吊桿選用環(huán)氧鋼絞線吊桿，其中1#吊桿37Φ15.2，其余吊桿25Φ15.2，新制吊桿索承載能力相對原吊桿提高約1.2 倍（2#～25#吊桿）、1.17 倍（1#吊桿）。表1為既有吊桿和新吊桿的相關參數(shù)對比。

表1 新舊吊桿主要參數(shù)對比表

2.2 更換施工方法的比選

吊桿更換設計的原則是保持橋梁在施工前后以及更換期間的結(jié)構受力不變。在吊桿更換后，橋面線形以及吊桿張力與更換前基本一致。

目前，漂浮體系的吊桿更換主要有三種方法：臨時支架法、臨時兜吊法和橋面扁擔梁法。臨時支架法雖然安全可靠，但搭設支架具有工期長、施工成本高以及影響下橋通航等不足，較少采用。臨時兜吊法是通過臨時吊桿直接支撐吊桿橫梁的荷載，待吊桿更換完成后再轉(zhuǎn)移到新吊桿的方法。施工中不需要把橫梁荷載轉(zhuǎn)換到相鄰吊桿，也是一種安全可靠的施工方法。當相鄰吊桿的承載能力不明確時，不失為一種合理可靠的更換方法。橋面扁擔梁法需要制作一跨臨時桁架（或貝雷梁），將更換吊桿內(nèi)力轉(zhuǎn)移到相鄰吊桿，更換過程中對相鄰吊桿及橫梁影響較大。該方法施工便捷快速，但需確保相鄰吊桿增加承載后的安全性以及臨時扁擔桁架在更換吊桿過程中自身的強度和穩(wěn)定性。表2為三種方法優(yōu)缺點對比。

表2 吊桿轉(zhuǎn)換方案的應用原理及優(yōu)缺點對比分析表

為分析橋面扁擔梁法的適用性，采用Midas Civil_2019有限元軟件建立如圖1計算吊桿更換過程中各吊桿的內(nèi)力變化情況。結(jié)果如圖2所示，表明每個工況均有比較大的安全儲備，即使考慮既有吊桿的承載能力有所退化，也能保證橋梁的安全。

圖1 主橋計算模型

圖2 更換過程吊桿內(nèi)力（最小安全系數(shù)為3.9）

2.3 更換施工工藝以及變形和應力控制要求

考慮拱肋為格構式鋼管桁架，兜吊法施工拆裝復雜，從施工簡便性以及工期要求考慮，本次吊桿更換采用橋面扁擔桁架更換法。在橋面設置支撐鋼桁架，其支點設置在被更換吊桿相鄰兩側(cè)橫梁的吊桿錨固處，在鋼桁架中間部位設置4根Φ40精軋螺紋鋼筋作為臨時吊桿，橋面支撐桁架示意如圖3所示。

圖3 橋面支撐桁架布置示意

以下對吊桿更換施工工藝提出幾點建議，以供參考：

（1）本次吊桿更換以橋面標高一致為主，索力等值為輔的原則進行吊桿更換。更換施工過程中，橫梁應力變化幅值控制在2.0MPa 以內(nèi)，橋面高程變化幅值控制在10mm 以內(nèi)。

（2）靜定漂浮體系吊桿更換的先后順序?qū)Y(jié)構受力影響不大，本次吊桿更換順序主要從工期要求及桁架運輸便捷程度考慮。

（3）吊桿更換需要試預壓，本次預壓荷載為設計荷載的1.1倍。

（4）吊桿更換前后，吊桿索力及橫梁應力保持前后一致，誤差控制在5%以內(nèi)；橋面高程差控制在5mm以內(nèi)。

（5）由于靜定漂浮體系沒有二道防線，施工風險大，張拉臨時吊桿時需更加注重分級張拉，建議張拉按4～5級分級，保證更換過程的安全。

2.4 扁擔桁架計算模型

扁擔桁架是分擔臨時吊桿的施工臨時設施，計算除了考慮滿足承載能力要求外，還需著重注意結(jié)構的整體穩(wěn)定性問題以及剛度要求。扁擔桁架模型如圖4所示，扁擔桁架第一階屈曲模態(tài)如圖5所示。

圖4 扁擔桁架模型

圖5 扁擔桁架第一階屈曲模態(tài)（λ=5.7）

扁擔桁架整體穩(wěn)定特征值λ不得小于4.0。

3 吊桿病害及分析

3.1 吊桿病害現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場檢測，本項目橋梁吊桿錨頭、拱肋下方及底端錨固區(qū)存在多處油脂滲漏現(xiàn)象。吊桿拆除后可見到吊桿端部有輕微銹蝕，吊桿錨固區(qū)密封措施不到位。

3.2 吊桿病害原因分析

從前文描述可知，吊桿病害的原因主要包括以下方面：

（1）吊桿錨頭為墩頭錨的形式，該錨固形式受力集中，缺乏足夠的抗疲勞性能，在車輛荷載的反復作用下結(jié)構容易受損。

（2）吊桿錨頭防腐采用油脂材料，存在穩(wěn)定性弱的局限性，并且經(jīng)過長期使用后，油脂逐步流失。

（3）密封防水不到位，可見錨管積水。

（4）吊桿PE 防護套受損，外部的水經(jīng)由受損部位進入內(nèi)部，造成較為嚴重的水侵害。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合某中承式漂浮體系鋼管混凝土拱橋吊桿更換工程，闡述吊桿病害，給出設計原則及思路，提出一些具體的吊桿更換設計及施工要點。從實際應用效果來看，吊桿更換順利進行，未發(fā)生安全事故，滿足既定要求。