摘" 要：某下承式預應力混凝土系桿拱，由于拱肋裂縫、吊索刮痕、錨具銹蝕等病害眾多，開展吊桿更換專項施工。該文主要基于吊桿更換工程實例，對系桿拱橋吊桿更換展開詳細研究，主要探討吊桿更換的設計原則、施工流程和監(jiān)控內(nèi)容，并利用有限元分析軟件MIDAS進行建模分析，模擬封閉交通情況下吊桿切割后臨時吊索失效時的索力與變形，驗算吊桿更換施工的安全性。最后，根據(jù)現(xiàn)場實際施工過程，描述工程實施的具體效果并提出若干建議。

關鍵詞：系桿拱橋;吊桿更換;施工過程;方案設計;安全驗算

中圖分類號：U445.7" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0155-04

Abstract： A through prestressed concrete tied arch carried out special construction to replace the suspender due to numerous diseases such as cracks in the arch rib， scratches on the sling， and corrosion of the anchorage. This paper mainly conducts a detailed study on the replacement of hangers in a tied arch bridge based on the example of a hanger replacement project， mainly discusses the design principles， construction process and monitoring content of the replacement of hangers; and uses the finite element analysis software MIDAS to conduct modeling and analysis to simulate the cable force and deformation when the temporary sling fails after the suspension is cut under closed traffic conditions， and checks the safety of the replacement construction of the suspension. Finally， according to the actual construction process on site， the specific effects of project implementation are described and several suggestions are put forward.

Keywords： tied arch bridge; suspender replacement; construction process; scheme design; safety check

橋型美觀、強度高、建造工藝成熟等眾多優(yōu)點使系桿拱橋成為了市政道路上最為常見的橋型之一[1-4]。橋梁建成若干年后，吊桿腐蝕[5]、疲勞[6]等病害嚴重影響了系桿拱橋的安全性和耐久性，更換吊桿也就成了維修養(yǎng)護工作中的首選[7-8]。某大橋主橋部分為下承式預應力混凝土系桿拱，建成于2008年，經(jīng)過十幾年的運營，已經(jīng)出現(xiàn)了拱肋裂縫、吊索刮痕、錨具銹蝕等病害。因此，針對該主橋制訂維修加固計劃，主要方案為吊桿更換專項施工?，F(xiàn)以該橋為例研究系桿拱橋吊桿的更換施工過程，這將為工程應用提供切實的案例與思考，具有廣泛的工程意義和應用前景。

1" 工程概況

1.1nbsp; 工程簡介

該橋為市政橋梁，跨徑組合為7×16 m+68 m+5×16 m。主橋為下承式預應力混凝土系桿拱，如圖1所示。拱肋軸線為y=4fx/L-4fx2/L2的二次拋物線，計算跨徑為68.0 m，矢跨比為1∶5，吊桿豎向設置。橋梁總寬12.5 m，其中行車道寬11.5 m，兩側(cè)欄桿寬度均為0.5 m。系桿、拱肋、端橫梁和中橫梁均采用C50混凝土，系桿、橫梁預應力鋼絞線為270級高強度低松弛的鋼絞線。全橋共計32根吊桿，舊吊桿采用內(nèi)芯為85Φ5 mm高強鋼絲拉束，型號為OVMDS5-85，采用防腐索體。新吊桿采用位于HDPE護套管內(nèi)的外包PE塑料護套并涂有油脂的單根環(huán)氧噴涂鋼絞線組成的鋼絞線束。單根鋼絞線規(guī)格公稱直徑為15.2 mm，鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105 MPa。

1.2" 橋梁現(xiàn)狀

根據(jù)檢測結(jié)果，該主橋技術狀況評分不足80分，技術狀況評定等級為3類。上部結(jié)構主要病害見表1。根據(jù)橋梁病害狀況可知，主要受力構件均已出現(xiàn)較嚴重的病害，現(xiàn)有吊桿已無法適應日益繁重的交通量要求，因此該主橋亟需加固維修。

2" 吊桿更換方案

2.1" 設計原則

吊桿更換的方案設計應遵守以下原則：

1）施工全過程必須保證橋梁的結(jié)構安全，不得對橋梁其他部位造成損傷，更換吊桿后橋梁的承載性能不降低，滿足設計要求和該道路的運營需求;

2）吊桿更換應使吊桿索力和橋梁線形都符合擬定的設計狀態(tài)，全過程線形擾動小;

3）新吊桿和錨具應進行改進設計，滿足新標準，耐久性能好，經(jīng)濟適用，便于更換施工;

4）吊桿更換方案應有較好的經(jīng)濟性，具有良好的可操作性和可控性。

2.2" 施工過程

吊桿更換順序遵循橫橋向兩側(cè)對稱進行;順橋向由兩側(cè)向中間對稱進行，逐根更換。從拱腳到拱頂依次更換吊桿，橫橋向兩側(cè)對稱更換，可有效減少由于更換次序引起的結(jié)構擾動。本次吊桿更換采用臨時替代法[9]，施工技術和工藝比較成熟，具體過程如圖2所示。臨時吊桿系統(tǒng)是吊桿更換時代替原吊桿臨時受力的一套張拉錨固體系，對全橋維修加固是否順利起關鍵性的作用，整套系統(tǒng)必須安全可靠。為順利實現(xiàn)吊桿更換，考慮到施工簡便、快捷、高效，每一套臨時吊桿系統(tǒng)均采用4個鋼橫梁，4根40號精軋螺紋鋼，4個相同型號的千斤頂，1個油泵及相應的油管。考慮到臨時吊桿工具的安全性，以及精軋螺紋鋼的自身受力范圍等要求，擬采用同步頂升系統(tǒng)，同時張拉以保證每根臨時吊桿受力相等，使施工荷載在拱肋拱軸線上受力。

整個過程經(jīng)歷了2次體系轉(zhuǎn)換，為保證臨時吊桿與老吊桿、新吊桿之間的索力轉(zhuǎn)移平穩(wěn)，分3級加載和卸載。第一次體系轉(zhuǎn)換即將舊吊桿的拉力轉(zhuǎn)換為臨時工具吊桿系統(tǒng)受力，采用分級張拉臨時吊桿，并分級割斷舊吊桿鋼絲的方法進行。第二次體系轉(zhuǎn)換即通過交替張拉新吊桿和卸載臨時吊桿，將臨時吊桿承擔的吊桿力轉(zhuǎn)移到新的吊桿上，由新吊桿取代臨時吊桿受力。采用逐步加載的方式，先對新吊桿加載約10%的設計吊桿力，使其具備一定的初應力。然后張拉新吊桿并相應地逐步減小臨時吊桿力，使卸載的臨時吊桿力等于加載的新吊桿力，直至臨時吊桿將所有的設計承載力全部轉(zhuǎn)移到新的吊桿上。

2.3" 施工監(jiān)控

該橋施工過程控制應主要以線形和索力進行雙控，對梁體應力和病害狀況全程關注。根據(jù)系桿拱橋吊桿更換施工工藝和受力形式，施工控制工作主要包括以下主要內(nèi)容：①結(jié)構裂縫監(jiān)測。重點檢查混凝土拱肋、系梁、拱腳有無結(jié)構裂縫，若結(jié)構表面存在裂縫，根據(jù)裂縫特征，布置裂縫觀測點。對關鍵控制截面進行裂縫觀測。②吊桿和橋梁線形，即拱肋、橋面線形和橫梁線形。拱軸線形和橋面線形變化會使結(jié)構的內(nèi)力發(fā)生變化，影響其強度和穩(wěn)定性。因此，在更換吊桿施工中線形的測量數(shù)據(jù)是衡量更換吊桿前后結(jié)構體系穩(wěn)定的重要依據(jù)。③吊桿索力。吊桿索力的大小不僅直接關系到吊桿的受力，同時還會影響橫梁、拱肋的受力，故在施工階段及施工結(jié)束后，準確測量吊桿的索力并將其調(diào)整到設計允許偏差以內(nèi)，對保證施工安全及橋梁的設計線形非常重要。④拱肋、拱腳應力。各工序階段關鍵截面的應力，如拱腳、系梁和拱肋四分點以及系梁和拱肋跨中截面的應力監(jiān)測，確保吊桿更換過程中，結(jié)構受力處在安全范圍。⑤環(huán)境溫度?，F(xiàn)場溫度對結(jié)構體系自身以及實際測量的精確度都有一定的影響，為此，要對現(xiàn)場溫度分時段進行多次測量作為后續(xù)實際施工對應時段的參照。

3" 施工安全性驗算

3.1" 分析模型

本次采用正版橋梁專用有限元分析軟件MIDAS進行建模分析，分析模型如圖3所示。吊桿采用桁架單元，拱肋、系桿采用梁單元，全橋模型共包括392個節(jié)點，416個梁單元，32個桁架單元。吊桿與橫梁、拱肋采用剛性連接，邊界條件為1個固定支座，3個雙向可移動支座。

由于吊桿更換需要經(jīng)過2次體系轉(zhuǎn)換，即臨時吊桿張拉→舊吊桿卸載，新吊桿張拉→臨時吊桿卸載，監(jiān)控控制值按最不利狀況下進行計算取值，張拉力或卸載力最大分級量30%對系梁、拱肋位移、應力進行計算。張拉力、卸載力根據(jù)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)采集的索力實測值見表2。

3.2" 吊桿在更換過程中的安全性驗算

為充分考慮更換施工的安全性，本次計算模擬了封閉交通情況下的吊桿更換期間，吊桿切割后臨時吊索失效的情況，索力與變形如圖4和圖5所示。吊桿在更換過程中最大索力為746.7 kN，未超過原橋吊桿破斷力為2 787 kN，安全系數(shù)為3.73。吊桿在更換過程中，系梁撓度最大下?lián)蠟?.4 mm，拱肋最大上撓為14 mm，滿足要求。根據(jù)拱肋、系梁的上、下緣應力，拆除吊桿后主要是對臨近構件應力產(chǎn)生較大影響，拱肋的上、下緣均未出現(xiàn)拉應力，且最大壓應力為-15.9 MPa，不超過允許值22.4 MPa。根據(jù)系梁上、下緣最大最小應力，系梁上、下緣均不出現(xiàn)拉應力，且最大壓應力為-19.0 MPa，未超過允許值。

在吊桿更換過程中，各吊點變形幅值較小，應力水平均較低，滿足設計及規(guī)范要求;在吊桿更換過程中，臨時吊桿及新吊桿應力水平低，安全系數(shù)均大于2.5，滿足設計及規(guī)范要求。綜上所述，橋梁吊桿更換在封閉全橋交通情況下實施，有限元模擬臨時吊索失效的情況下，其對臨近構件產(chǎn)生一定影響，但變形和應力均未超出限值，總體安全可控。

4" 工程應用結(jié)果與建議

該橋于2023年展開了吊桿更換專項工程，整體施工效果良好，過程中索力、線形變化均在可控范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場實際施工過程，并非張拉臨時吊桿全部結(jié)束后才開始切割舊吊桿，現(xiàn)場會根據(jù)線形監(jiān)控結(jié)果人為調(diào)控。在分級張拉臨時吊桿的過程中，如果線形監(jiān)控結(jié)果不理想，可通過分級切割舊吊桿的形式調(diào)整線形，從而避免施工過程中的橋梁擾動過大。分級加載新吊桿和分級卸載臨時吊桿的過程同理可交叉進行。

現(xiàn)場施工時，由于施工工序、加載卸載分級多、監(jiān)測點位和監(jiān)測項目特別多，施工進度十分緩慢，無法避免夜間施工。實際上，夜間施工的監(jiān)測效率和準確性都會大打折扣。因此，在施工過程中，監(jiān)控項目過多會導致施工速度緩慢，可適當考慮增加監(jiān)控人員或縮減監(jiān)控項目。由于橋梁經(jīng)過一段時間運營后索力必然與成橋索力、設計值存在差異，所以在更換第一根吊桿時，工序和監(jiān)控項目并不能省略。第一根吊桿更換成功后，可借鑒經(jīng)驗，適當考慮工序優(yōu)化或縮減監(jiān)控項目。

5" 結(jié)論

1）從拱腳到拱頂依次更換吊桿，橫橋向兩側(cè)對稱更換，可有效減少由于更換次序引起的結(jié)構擾動。

2）分級張拉臨時吊桿和分級切割舊吊桿可交叉進行，具體根據(jù)線形監(jiān)控結(jié)果人為調(diào)控，有利于減弱施工過程中的橋梁擾動。分級加載新吊桿和分級卸載臨時吊桿同理。

3）吊桿更換施工過程，應主要以線形和索力進行雙控，對梁體應力和病害狀況全程關注。

4）橋梁吊桿更換在封閉全橋交通情況下實施，有限元模擬臨時吊索失效時，其對臨近構件產(chǎn)生一定影響，但變形和應力均未超出限值，總體安全可控。

5）第一根吊桿更換成功后，可借鑒經(jīng)驗，適當考慮工序優(yōu)化或縮減監(jiān)控項目。

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作者簡介：楊貴興（1991-），男，工程師。研究方向為土木工程施工。