鐘婧如

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)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(dǎo)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(jì)損失，并產(chǎn)生不良的社會(huì)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(qiáng)度鋼絲具有較高的承載能力，同時(shí)，由于鋼絲直徑小，疲勞強(qiáng)度對銹蝕十分敏感，定期更換吊桿是維護(hù)這類橋梁服役安全的最主要途徑[2-3]。

20 世紀(jì)90 年代建設(shè)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(shè)計(jì)和施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。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(shè)計(jì)和施工技術(shù)，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(yàn)，也為橋梁的管理和養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

1 工程概況

本橋?yàn)榭缍?60m 的單跨中承式鋼管混凝土拱橋，橋面為漂浮式結(jié)構(gòu)體系。橋梁原設(shè)計(jì)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(gòu)，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(gòu)。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(shè)兩道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁及五道鋼管空間格構(gòu)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(yù)應(yīng)力混凝土吊桿橫梁和25cm 厚普通鋼筋混凝土實(shí)心預(yù)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(qiáng)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(yù)埋鋼管，在下緣綴板頂部錨固。下端穿過橋面板及預(yù)應(yīng)力橫梁梁端預(yù)留孔后，錨固于梁端底面。橫梁頂上25cm范圍內(nèi)預(yù)埋鋼管護(hù)套。

本橋于2002 年建成，營運(yùn)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(dá)到了20 年，為確保橋梁的服役安全，對橋梁進(jìn)行吊桿更換。

2 吊桿更換設(shè)計(jì)與施工

2.1 新吊桿選型設(shè)計(jì)

為滿足橋梁服役實(shí)際車輛運(yùn)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(guān)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(shè)計(jì)的原則是保持橋梁在施工前后以及更換期間的結(jié)構(gòu)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(shí)支架法、臨時(shí)兜吊法和橋面扁擔(dān)梁法。臨時(shí)支架法雖然安全可靠，但搭設(shè)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(shí)兜吊法是通過臨時(shí)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(dāng)相鄰吊桿的承載能力不明確時(shí)，不失為一種合理可靠的更換方法。橋面扁擔(dān)梁法需要制作一跨臨時(shí)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(shí)扁擔(dān)桁架在更換吊桿過程中自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。表2為三種方法優(yōu)缺點(diǎn)對比。

表2 吊桿轉(zhuǎn)換方案的應(yīng)用原理及優(yōu)缺點(diǎn)對比分析表

為分析橋面扁擔(dān)梁法的適用性，采用Midas Civil_2019有限元軟件建立如圖1計(jì)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(gè)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(jì)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(yīng)力控制要求

考慮拱肋為格構(gòu)式鋼管桁架，兜吊法施工拆裝復(fù)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(dān)桁架更換法。在橋面設(shè)置支撐鋼桁架，其支點(diǎn)設(shè)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(shè)置4根Φ40精軋螺紋鋼筋作為臨時(shí)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(diǎn)建議，以供參考：

（1）本次吊桿更換以橋面標(biāo)高一致為主，索力等值為輔的原則進(jìn)行吊桿更換。更換施工過程中，橫梁應(yīng)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(gòu)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(yùn)輸便捷程度考慮。

（3）吊桿更換需要試預(yù)壓，本次預(yù)壓荷載為設(shè)計(jì)荷載的1.1倍。

（4）吊桿更換前后，吊桿索力及橫梁應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)大，張拉臨時(shí)吊桿時(shí)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(dān)桁架計(jì)算模型

扁擔(dān)桁架是分擔(dān)臨時(shí)吊桿的施工臨時(shí)設(shè)施，計(jì)算除了考慮滿足承載能力要求外，還需著重注意結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性問題以及剛度要求。扁擔(dān)桁架模型如圖4所示，扁擔(dān)桁架第一階屈曲模態(tài)如圖5所示。

圖4 扁擔(dān)桁架模型

圖5 扁擔(dān)桁架第一階屈曲模態(tài)（λ=5.7）

扁擔(dān)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(xiàng)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(fù)作用下結(jié)構(gòu)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(hù)套受損，外部的水經(jīng)由受損部位進(jìn)入內(nèi)部，造成較為嚴(yán)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(shè)計(jì)原則及思路，提出一些具體的吊桿更換設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，吊桿更換順利進(jìn)行，未發(fā)生安全事故，滿足既定要求。