1、系杆拱桥的吊杆更换过程控制摘要:针对系杆拱桥吊杆更换过程的两次体系转换，分析了吊杆更换过程中桥面开裂的原因，通过控制在吊杆更换过程中桥面的负弯矩，并且把负弯矩的控制，转变为桥面标高的控制，有利于工程实际应用。 中图分类号： K928 文献标识码： A 1 工程概况 三山西大桥主桥原设计及现状为三孔展翅中承式钢管柔性系杆拱桥，其跨径组合为 45.00m+200.00m+45.00m，全长 290.00m，其中主跨200.00m，矢高 44.40m。主拱肋为组合式钢管混凝土结构，推力由设在桥面系中的系杆自平衡；吊杆采用镦头锚锚固的平衡钢丝束；桥面系采用横梁加槽形板组成。 南海区三山西大桥 1994
2、 年建成通车，营运已近 17 年。经过多年使用后，桥梁的各个部位均出现了不同程度的病害。有关方面委托专业检测单位分别于 2003 年、2007 年及 2008 年多次对大桥进行了检测，检测结果表明，其主要病害有： 主拱肋钢管砼局部脱空、主拱肋及横隔板表面局部油漆脱落、焊缝锈蚀； 吊杆 PE 管开裂、老化，钢丝、锚具等锈蚀严重； 系杆钢箱局部漏油、积水，系杆的预应力束的应力损失达 10左右等； 端横梁、拱座、立柱、引桥腹板、边拱肋等裂缝较多； 伸缩缝缝内堵塞、伸缩缝体的橡胶构件开裂； 桥面铺装层局部损坏等。 且上述病害有进一步发展的趋势，需要进行维修。据此设计院根据检测报告对该桥进行维修加固设计
3、，于 2008 年 12 月完成了佛山市南海区三山西桥维修加固工程施工图设计文件的编制工作。其的主要指导思想是：在维持原设计标准的基础上对本桥进行维修加固，主要内容有：更换吊杆、系杆钢箱排水防腐、原系杆维护和增设新系杆、拱座加固、边拱加固、钢管拱主拱圈内灌注化学材料填隙、主拱圈防护、更换伸缩缝支座等维修加固工作。 2 施工监控 桥梁施工控制是一个“预测量测识别修正一预测”的循环过程，施工监测要求首先是确保施工中结构安全，其次是保证结构内力合理和外观美观；因此，施工过程中必须对主拱结构内力变形和桥面系线形进行双控。施工监测是在现场通过对主拱结构的线形、位移(或变形)及应变的监测，确定主拱结构的实
4、际状态、内力分布及桥面系线形的变化，保证在吊杆更换施工过程中主拱结构的安全以及成桥结构线形和内力分布符合设计要求，或与更换前桥的线形内力变形一致1-4。 由于该桥加固维修不对桥面铺装进行处理，吊杆的更换主要是桥面标高的控制，为避免砼铺装开裂，每根吊杆对称点位标高误差不能超过2 厘米，并从严要求；吊杆力置换时，吊杆处桥面上下位移应控制在 1cm范围内。本文主要阐述吊杆更换的施工监控流程，同时使用 Midas 软件对最长 17#吊杆进行仿真分析，并与更换过程中的实测数据进行对比分析，说明该控制方法能够满足监控目标，桥面在更换过程中，未见开裂。 3 吊杆更换施工过程 大体方案就是在拱圈下缀板中间钻孔
5、，作为工具吊杆的通道，在孔四周砼找平，作为工具吊杆的张拉锚座，在横梁下设扁担梁，钢绞线固定端设在扁担梁上，用夹片和防松锚固定，在拱顶设张拉，通过张拉钢绞线，提升横梁，来达到索力转换的目的。第一次体系转换即将旧吊杆的拉力转换为临时工具吊杆系统受力，分六次切割旧吊杆，在每次分级张拉过程中，仔细观测桥面标高变化和应力的变化，避免损坏桥面。第二次体系转换就是将临时工具吊杆的拉力转换到新吊杆上，也分六次进行索力转换。 图 1 第一次体系转换流程 图 2 第二次体系转换流程 4 吊杆更换过程中桥面铺装开裂分析 本桥通过两次体系转换更换吊杆，故在吊杆更换过程中，存在吊杆力转换问题，也势必导致使桥面标高上下变
6、化。虽然该桥采用横梁上搭槽形板的漂浮体系，但是由于桥面铺装结构连续、槽形板在横梁处用钢筋焊接连续、且受到防撞栏，人行道等的约束，使得相临吊杆之间标高变化会使桥面铺装受力，导致桥面开裂。 第一次体系转换，在将原吊杆力转移到临时吊杆上时，该吊杆处横梁产生与临近横梁向上的相对位移，在该吊杆处产生负弯矩，当负弯矩大于该处的临界值时，桥面铺装会沿横梁方向产生横向裂缝，因此必须控制产生过大的负弯矩值。 第二次体系转换，当原吊杆完全拆除，逐步张拉新吊杆，并同时放松临时吊杆时，桥面标高会逐渐调整到初始标高，前期积累的相对位移值会慢慢恢复，桥面铺装转角会逐渐减小，应力逐渐降低，并最终回到初始状态。 由上述分析可
7、得，避免桥面开裂的关键是控制体系转换中更换吊杆横梁处桥面的负弯矩值。经过对三山西大桥的仿真分析，可知桥面相对高差控制在 1cm 以内，可以避免桥面的负弯矩值超限。 5 监控数据 更换吊杆过程中按照施工单位的第一次与第二次体系转换流程要求，计算出施工各个阶段的桥面上下位移，鉴于该桥各个吊杆受力相类似，这里只列出变形最大的跨中截面 17吊杆的计算值，并且采用吊百分表的方法对桥面的标高进行施工监控，具体见表 1 所示，从表 1 可以看出，无论是理论计算还是实测值都说明采用 6 次张拉切割，能够满足桥面标高少于 1cm 的目标。所有位移值都是相对于张拉之前的桥面标高。 表 117吊杆更换桥面位移（相对
8、于张拉前）变化对比表（mm） 第一次体系转换 理论值 实测值 第二次体系转换 理论值 实测值 下游 上游 下游 上游 兜吊系统第一次张拉 9.53 1.15 0.26 新吊杆第一次张拉 8.23 3.10 1.92 第一次切割吊杆 1.82 0.17 0.13 兜吊系统第一次放松 -6.44 0.66 0.76 兜吊系统第二次张拉 7.06 3.74 2.67 新吊杆第二次张拉 9.05 7.01 6.82 第二次切割吊杆 -2.00 0.05 0.00 兜吊系统第二次放松 -3.60 -0.51 -2.00 兜吊系统第三次张拉 7.27 5.90 5.41 新吊杆第三次张拉 2.17 4.2
9、9 1.28 第三次切割吊杆 -3.15 -0.58 -0.02 兜吊系统第三次放松 -6.62 -2.10 -1.06 兜吊系统第四次张拉 8.71 8.23 8.51 新吊杆第四次张拉 3.76 9.67 8.81 第四次切割吊杆 -3.34 -1.72 -1.44 兜吊系统第四次放松 -1.60 -3.50 -3.75 兜吊系统第五次张拉 7.75 6.15 5.73 新吊杆第五次张拉 2.39 5.57 8.12 第五次切割吊杆 -7.16 -0.04 0.37 兜吊系统第五次放松 -0.01 -0.05 -0.12 兜吊系统第六次张拉 9.06 7.04 5.12 新吊杆第六次张拉
10、0.05 1.97 3.32 第六次切割吊杆 -0.19 1.22 1.33 兜吊系统第六次放松 -0.03 1.57 3.32 6 结论 吊杆是中承式系杆拱桥的关键构件，更换前必须进行仿真计算，三山西大桥吊杆更换过程中为避免桥面铺装开裂，桥面标高变化在更换吊杆过程中应小于 1cm。控制在吊杆更换过程中桥面的负弯矩，并且把负弯矩的控制，转变为桥面标高的控制，有利于工程实际应用。 参考文献 1单陈林.拱桥吊杆的更换设计及施工方法J.中外公路 2006(8). 2徐谦，黄勇.三山西大桥的吊杆更换过程J.公路工程 2010(12). 3陈永亮，李涵妮等.中承式钢管混凝土拱桥吊杆更换施工监测J.广西工程院学报 2010(3). 4彭春晖，李宸.内江提篮拱桥吊杆更换维修工程J.西南公路2007(3). 作者简介：公祥玉，男，1980 年 10 月出生，2004 年 6 月毕业于长沙理工大学桥梁与结构工程学院，工学学士。
