江陰長(zhǎng)江公路大橋長(zhǎng)吊索更換技術(shù)研究

文/ 朱志偉 袁周致遠(yuǎn)

引言

吊索是懸索橋結(jié)構(gòu)中重要的傳力構(gòu)件之一，在不同環(huán)境中對(duì)各種損傷最為敏感。因此，多座纜索橋梁因?yàn)楦鞣N原因不得不對(duì)受損吊索進(jìn)行更換。2013年，加拿大的麥克唐納大橋采用自動(dòng)架設(shè)分析模型模擬架設(shè)順序?qū)蛄盒阅艿挠绊?，完成了上部結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)和更換；潢澤聯(lián)應(yīng)用有限元建立吊桿模型,通過控制系桿位移使全橋新吊桿力接近均勻的理論索力；王超偉通過有限元模型分析吊索施工過程，詳細(xì)闡述了具體的吊索更換施工流程及施工工藝。

盡管國(guó)內(nèi)外已有較多的吊索更換工程案例和相關(guān)研究，但基本都是短吊索的更換。江陰大橋長(zhǎng)吊索更換屬國(guó)內(nèi)外首次，涉及到的受力情況復(fù)雜，必須制定合適的長(zhǎng)吊索更換方案。本文依托江陰長(zhǎng)江公路大橋工程建設(shè)，開展長(zhǎng)吊索更換技術(shù)研究，通過有限元模擬，對(duì)比分析了三吊點(diǎn)和五吊點(diǎn)兩種工況下的吊索索力、主纜主梁位移，提出了適用于該橋長(zhǎng)吊索更換的方法。

工程概況

江陰長(zhǎng)江公路大橋于1999年建成通車，主跨1385米。該橋上、下游主跨分別布置85個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)連接兩根吊索，共安裝340根吊索。2017-2018年間，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)下游測(cè)（江陰-靖江方向）19N吊索（垂直長(zhǎng)度約為47m）為輕中度銹蝕。目前該吊索接近設(shè)計(jì)使用壽命，為了保證吊索受力安全，對(duì)其開展更換工作，并為長(zhǎng)吊索的更換提供技術(shù)儲(chǔ)備。

有限元分析

有限元模型及分析工況

采用Midas Civil建立整體桿系模型，主要分析兩種工況，如圖1所示。

工況Ⅰ：在下游18#、19#、20#吊索處安裝臨時(shí)索夾及臨時(shí)吊索，為三吊點(diǎn)方案；工況Ⅱ：在下游17#、18#、19#、20#、21#吊索處安裝臨時(shí)索夾及臨時(shí)吊索，為五吊點(diǎn)方案。

荷載和結(jié)構(gòu)分析參數(shù)

計(jì)算采用最不利荷載組合：恒載（鋼箱梁、纜索等構(gòu)件的自重）；活荷載（根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015），汽車荷載按三種情況加載：公路-1 級(jí)車道載荷、汽車-超20 級(jí)、掛-120，按6 車道計(jì)算，考慮橫向折減系數(shù)0.55，汽車縱向不進(jìn)行折減）、溫度荷載（體系升溫30℃）；風(fēng)荷載（根據(jù)設(shè)計(jì)資料主梁橫向風(fēng)載設(shè)計(jì)風(fēng)速為27.1m/s，參考《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，主梁橫向風(fēng)載可取4.064kN/m）。主要構(gòu)件材料分析參數(shù)見表1。

吊索索力和結(jié)構(gòu)位移

張拉臨時(shí)吊索直至19#吊索索力至0的過程中，由于橋梁剛度的影響，臨時(shí)吊索索力被分配到同側(cè)相鄰的吊索上，對(duì)異側(cè)吊索索力影響較小，所以圖2只給出了換索側(cè)的吊索索力變化和臨時(shí)吊索最大索力；圖3為換索側(cè)的19#吊索附近主纜和主梁位移的變化。

吊索更換方案對(duì)比分析

吊索索力變化

根據(jù)圖2，18#和20#吊索分配的索力最大，距離臨時(shí)吊索越遠(yuǎn)，各吊索分配到的臨時(shí)索力越小。工況Ⅰ的索力影響區(qū)域在15#和23#區(qū)間外吊索索力基本無變化。與工況Ⅰ相比，工況Ⅱ中吊索數(shù)量的增加使得索力影響區(qū)域明顯增大，14#-24#區(qū)間外吊索索力基本不受影響。工況Ⅱ的臨時(shí)吊索最大索力基本維持在205t以下，比工況Ⅰ的臨時(shí)吊索最大索力降低了近35t。

主纜和主梁位移

在該橋一側(cè)更換吊索時(shí)，對(duì)非換索側(cè)的主纜與主梁影響較小，基本可以忽略不計(jì)。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，距離臨時(shí)吊索越遠(yuǎn)，主纜和主梁位移變化越?。辉?9#臨時(shí)吊索處主纜和主梁豎向位移變化最大。對(duì)于工況Ⅰ，19#臨時(shí)吊索處主纜下降了80mm，主梁抬升了36mm，上、下錨點(diǎn)間距縮短了116mm；對(duì)于工況Ⅱ，19#臨時(shí)吊索處主纜下降了79mm，主梁抬升了31mm，上、下錨點(diǎn)間距縮短了110mm，比工況Ⅰ的錨點(diǎn)間距小6mm，總體位移量更小，更加安全。

結(jié)語

采用有限元對(duì)比分析2種吊索更換方案，發(fā)現(xiàn)在吊索更換過程中，隨著臨時(shí)吊索數(shù)量的增加，臨時(shí)吊索索力會(huì)逐漸減??；換索側(cè)附近的吊索索力受吊索更換影響較大，非換索側(cè)受影響較小；此外，五吊點(diǎn)方案的臨時(shí)吊索最大索力約為205t，比三吊點(diǎn)方案減少了約35t，所以從安全角度考慮，臨時(shí)吊索最大索力更小的五吊點(diǎn)方案更適合于該橋吊索更換。