1、探讨系杆拱桥的吊杆更换设计研究摘要：本文主要分析了系杆拱桥的吊杆病害原因，探讨系杆拱桥吊杆的可更换设计及更换施工流程，以供相关工作人员参考。 关键词：系杆拱桥；吊杆病害；可更换设计；更换流程 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 引言 系杆拱桥由两种或两种以上的基本结构，如梁、拱、板、杆等组合而成的称为组合体系结构,其力学性能和材料指标往往要优于同等设计条件的单一结构体系。系杆仅用于平衡拱脚处的水平力,随着梁拱组合体系桥梁的发展,出现了系杆不仅承受拱脚传来的水平力,同时也承受桥面传来的车辆荷载的情况。近年来，我国系杆拱桥的建设事业得到迅速发展，已经成为我国一种主要的桥型。但是,由于
2、我国起步比较晚,发展比较快,而桥梁设计中却未对吊杆更换予以重视，不断有系杆拱桥吊杆破损，因此,对系杆拱桥的吊杆破损、更换的研究变得非常重要和迫切。 1 吊杆病害分析 吊杆暴露在大气环境中,雨水的侵蚀和车辆尾气将导致吊杆锈蚀。疲劳累积损伤和锈蚀是吊杆最普遍的两种损伤。吊杆损伤发生的部位包括吊杆杆身和锚头,一般锚头比吊杆杆身损伤严重,下锚头比上锚头严重。损伤的形式包括吊杆滑丝、断丝、锈蚀、断裂、锚头锈蚀、锚箱混凝土开裂和碳化,局部承压板锈蚀等。 1.1 吊杆 PE 保护层断裂 由于吊杆处在露天工作状态,与大气直接接触的吊杆 PE 防护套最容易发生破损现象。由于 PE 保护层塑料原材料的质量问题，导
3、致吊杆的 PE保护层出现不同程度的开裂和环状断裂,这将直接影响吊杆的防水能力，吊杆的钢护套锈蚀剥落,这是导致吊杆横断面腐蚀的重要原因。 1.2 吊杆的应力腐蚀 吊杆不仅承受桥面传来的车辆反复冲击荷载,还承受风荷载和温度变化的作用,在疲劳受力状态下吊杆发生的腐蚀属于应力腐蚀。应力腐蚀对高强预应力钢筋危害很大,这是一种腐蚀介质和拉应力共同作用下钢筋产生晶间或穿晶断裂的现象。腐蚀介质、钢材应力水平和钢材材质情况是影响钢材应力腐蚀严重程度的主要因素。 锈蚀主要导致吊杆的截面积减小和氢脆现象,前者是由于锈蚀产物的生成而造成吊杆实际受力面积的缩小;锈蚀产生的坑点作为一个氢原子源,有利于后者的发生。在锈蚀凹
4、坑内,水分子分解产生氢原子,由于氢原子的原子半径小,所以具有渗透金属的能力,可以很容易扩散到钢的孔隙中,在那里结合形成气体,产生的压力使铁原子受到很大的内拉应力,结合预应力筋的张拉应力,当超过钢的抗拉强度时就会发生钢绞线的脆性断裂破坏,氢脆降低吊杆的疲劳强度和延性,从而减小吊杆的安全性。 1.3 吊杆锚头积水与锈蚀 吊杆上部为锚固端,锚具埋入钢管拱内,有盖板盖住。是否产生渗水、锈蚀,是由盖板周边的焊接质量决定的,只要焊缝质量达到要求,是不会发生渗水、锈蚀等病害的。吊杆下端为张拉端,锚具外部的保护盒内填入防腐油脂,只要油脂不渗漏,锚具就不会锈蚀。一旦吊杆锚端的防水装置被破坏,就会发生渗水现象。
5、1.4 短吊杆问题 短吊杆自由长度太短,受温度变化影响大。桥面反复纵向位移时,短吊杆不能自由摆动,且频频交替出现较大的附加应力,致使短吊杆及结构发生破坏。虽然设计已经考虑了短吊杆设置偏转矫正装置,但未考虑到通车后拱轴线的变形,拱肋预留的钢管直径偏小,造成短吊杆与拱肋相剪。 2 吊杆更换设计及更换流程 2.1 设计原则 （1）整个吊杆更换期间应尽量减少对交通的影响,力求施工工序少,工期短,施工方便; （2）新更换的吊杆及锚具应满足最新的标准,并保证新吊杆耐久适用; （3）更换吊杆不得损坏桥梁其它构件,更换后仍应满足原设计的安全和使用功能要求。 2.2 总体设计 （1）安装临时吊杆的主要目的是承担
6、原有吊杆的荷载。这样即使原有吊杆拆除,整个结构的受力也不会发生很大的变化,保证吊杆更换期间桥梁的安全。为了使临时吊杆力与原有吊杆力之间能够平稳转换,采取逐级卸载的方法将原有吊杆力转移到临时吊杆上,直至原吊杆完全卸载后再将其拆除。 （2）原吊杆设计未考虑到吊杆的更换,整个锚头埋在拱肋内，锚杯与导管间被灌入环氧砂浆,所以不能采取从锚头上方抽拉钢丝的方式拆除吊杆,只能采取逐根割断、逐根抽拔的方法拆除吊杆内的钢丝。 （3）为便于今后的更换,将新吊杆的整个锚头移到拱肋外。新吊杆安装到位之后,采取逐级加载的方法将临时吊杆力重新转移到新吊杆上,直至新吊杆达到设计值后再拆除临时吊杆。 （4）所有吊杆更换完毕后
7、测量全桥的新吊杆力,与设计值误差较大的吊杆需调整吊杆力。最后对露出拱肋的锚头进行防腐处理,并在锚头外加装饰以使桥梁更加美观。 （5）施工时对系梁、拱肋的标高和应力进行监控,确保高程和应力的变化在允许的范围内,防止过大的变形使拱肋、系梁等构件出现裂缝。 2.3 拱桥吊杆更换工艺及施工注意事项 2.3.1 桥面标高原始数据的收集 吊杆更换工程完工后,桥面线形应保持现有状态。据此,施工过程中,包括临时兜吊、新吊杆张拉都是以现有标高为标准。施工前,必须精确测量现有桥梁桥面标高,作为以后施工控制的依据。 2.3.2 临时兜吊系统的安装 在旧吊杆割除、新吊杆安装过程中,横梁全靠临时兜吊系统支承,关系到施工
8、过程的安全。这就要求兜吊系统具有足够的承载能力、稳定性,并在受力后下沉量小。兜吊系统有两种:1）钢丝绳绕过拱肋,下兜横梁。2）在吊杆上锚头的拱肋顶端砌筑三角形垫块, 在垫块上安装型钢支架,支架两端各穿 1 根临时吊杆,穿过桥面孔洞,吊住吊杆横梁下的钢反力架 2.3.3 旧吊杆的拆除 在确认临时兜吊系统全部承受旧吊杆荷载后,气割割除旧吊杆,考虑到兜吊系统的应力松弛和弹性变形,旧吊杆分批次切割,以保证原吊杆内力分批次均匀转移到工具吊杆上。每切割一次,对上下游桥面标高进行一次测量,当下沉量累计达到一定值时,对兜吊系统进行一次提升补偿,控制桥面标高变化值。有时为了确保旧吊杆割除后横梁下沉量不超过允许值
9、,可以将横梁预抬高。 3.2.4 安装新吊杆 新吊杆采用卷扬机起吊,先穿过拱肋上预埋管,再穿过横梁上预埋管,调整好长度并安装螺母后,在下端安装张拉设备进行张拉,张拉加载实行分级均匀加载,以桥面标高控制为主,设计索力和伸长量作为参考。采用边张拉新吊杆边放松临时吊杆的措施进行控制。对于上下锚头不能拆除的吊杆,可以在拱肋端和梁端采用抱箍结构形式的锚固系统。 整个施工过程包括旧吊杆拆除、新吊杆安装、防护处理等工序。下图为单根吊杆更换的工艺流程： 单根吊杆更换的工艺流程图 2.4 吊杆更换施工注意事项 （1）横梁提升系统组装完成后,应根据设计吨位进行试拉，确认合格后方可正式开展吊杆更换工作。 （2）横梁
10、上下游须同步提升。 （3）横梁的提升应分级缓慢进行,作业横梁的吊杆吊点与相邻吊杆吊点的高差变化值不得超过限值，以避免桥面板和桥面铺装开裂。 （4）以桥面标高和相邻吊点高差限值为控制条件,采用多次加载及分批割断旧吊杆钢丝的方式使吊杆力逐步转移到临时兜吊系统上。 （5）清理预埋管内的混凝土时须注意不得对横梁及拱肋造成损伤。 （6）新吊杆安装好后,须分级缓慢的将临时兜吊系统上的拉力转移到新吊杆上。 （7）单跨全部吊杆更换完毕后,要求对本跨吊杆索力以及桥面标高进行一次全面的调整,调整时以标高控制为主。 结语 吊杆是系杆拱桥的重要承重构件, 目前，我国有些系杆拱桥的吊杆还存在严重锈蚀现象, 稍有不慎就可能引起事故。吊杆的更换设计应充分考虑到施工可能遇到的各种情况，施工单位应严格遵守相关规范及规程,既要避免对新吊杆造成损伤,也要避免桥梁结构出现新的病害，发现问题及时卸载, 采取应急措施, 才能避免恶性事故的发生。 参考文献: 1 孙海霞,唐继舜,陈远久.吊杆拱桥换索工程施工简介J.四川建筑.2007,27(2):189-190. 2李世忠,易著炜.中承式钢管混凝土拱桥吊杆更换施工技术J.施工技术, 2008, 6: 214-2161
