自錨式懸索橋換索施工控制

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，箱梁標準斷面為單箱五室。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。抗滑拉索立面布置見圖2?？够鲝埨瓡r，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，確保抗滑裝置正常。（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)、主纜標高、主梁標高、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)標準》（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高無明顯變化，下游跨中主纜標高平均下降1.4 cm（均值范圍S25 ～ N25）；上游主梁跨中標高上升3.2 cm，下游主梁跨中標高上升3.4 cm，達到預(yù)期目的。