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鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工

   2015-10-28 中國公路賈紅雨22440
核心提示:  對于吊桿出現問題的鋼管混凝土拱橋,更換吊桿是消除隱患的最有效辦法。目前,吊桿的更換尚處于嘗試階段,對于橋梁是否需要更
   對于吊桿出現問題的鋼管混凝土拱橋,更換吊桿是消除隱患的最有效辦法。目前,吊桿的更換尚處于嘗試階段,對于橋梁是否需要更換吊桿,尚缺乏明確的規范和統一的標準,從而影響到拱橋的使用壽命,使其難以充分發揮應有的經濟效益和社會效益。

  沈陽渾河長青大橋是國內早期修建的鋼管混凝土拱橋,其懸吊部分是以橫梁為主的橋道系,橫梁之間缺乏縱向的聯系,整體性較差,一旦某根吊桿發生破斷,橋道就可能直接垮塌掉入河中,造成交通中斷甚至車毀人亡的慘劇。根據測量,該橋共計22根吊桿危險程度較高,且已出現鋼絲腐蝕斷絲的現象。

  臨時吊桿法

  我國同類型拱橋吊桿更換一般分三步:首先檢測橋梁的病害狀況,特別是吊桿的損傷情況,并檢測吊桿的索力,綜合評價橋梁當前的狀態,根據加固前橋梁的動靜力荷載試驗,對病害橋梁建立有限元模型,得到加固計算的基準有限元模型;其次通過監測吊桿索力,對比設計索力與實測索力,確定需要更換的吊桿,并編寫施工組織技術方案和監控方案;最后根據施工方案更換吊桿,并做好過程中的索力監測,對更換的吊桿進行評估驗收。

  在施工過程中,存在兩次內力轉換。第一次體系轉換為舊吊桿的索力轉移到臨時吊桿體系上,第二次體系轉換為臨時吊桿體系上的力重新轉移到新吊桿上。一般情況下,吊桿更換時索力要逐漸轉移,多采用等步長張拉臨時索,同時按比例分批次割斷舊吊桿。另外也可采用變步長的張拉方式對舊吊桿進行卸載割除。在整個體系轉換過程中,臨時吊桿體系起著至關重要的作用。

  由于吊桿構造和錨固方式的不同,施工過程中的臨時體系也不完全相同。目前,常用的施工方法大致可以分為臨時吊桿法、臨時支架法、臨時兜吊法及“橋面支撐法”等,其中使用較多的是臨時吊桿法。

  臨時吊桿法是在拱肋上設置三角楔形墊塊,然后在楔形塊上放置臨時承力梁,同時在橋面系橫梁底部布置兩根承力橫梁,用4根臨時吊桿穿過橋面與上、下承力橫梁錨固。在吊桿更換時,通過液壓千斤頂系統對臨時吊桿進行分級張拉,每級張拉完畢之后,按比例卸除舊吊桿部分索力(通常是割斷鋼絲),多次循環直至卸掉舊吊桿全部索力。清除舊吊桿上、下錨頭,然后安裝新吊桿,對新吊桿重新進行張拉,逐漸對臨時吊桿卸載,直至新吊桿的索力張拉到設計值,去掉臨時吊桿完成吊桿更換工作。

  臨時吊桿法不僅能保證橋梁各部分的內力和應力不發生過大的變化,還能保持橋梁的基本線形,如果有必要,還可通過調整吊桿索力來調整橋梁的線形。臨時吊桿法既可進行單根吊桿的更換,也可對全橋吊桿進行更換。

  臨時吊桿體系安裝

  臨時吊桿體系由楔塊、上分配梁、工具錨環(配限位板)、張拉撐腳(新吊桿安裝后索力轉換時使用)、工具錨環(配防松板)、鋼絞線(單端P錨)、下分配梁及工作錨杯組成。

  安裝拱頂張拉平臺

  上承載橫梁采用兩根36C槽鋼并排聯接在一起,現場組合拼裝,安裝之前先要對楔形塊頂面高程做進一步確認,若兩側的楔形塊頂面鋼板高程存在偏差,則要進行抄墊,組裝過程中要注意保持兩側平衡,防止橫梁發生傾斜。上承載橫梁要嚴格按照設計圖標識的位置進行定位安放,同時將上承載橫梁底板與鋼楔塊頂板相接觸的部位焊接牢固,保證在張拉輔助索時,平臺不會出現變形和傾斜。

  下分配梁及錨具的安裝

  下分配梁與橫梁垂直交叉布置在吊桿下錨頭旁,臨時吊桿錨固段配置防松錨具。下分配梁在未穿臨時鋼絞線之前,先用導鏈臨時兜吊在橋面橫梁底部,同時用水平尺檢測橋面橫梁下底面是否在同一水平面,若下底面不在同一水平面,要根據橫梁底面的高差大小,事先準備不同厚度的鋼板以方便抄墊。為防止下承載橫梁受力之后引起橋面橫梁底面混凝土開裂,需在下分配梁的上蓋板面鋪放一層石棉布。在下分配梁穿好臨時鋼絞線并開始預緊之前,要完成下分配梁與橋面橫梁間的抄墊,保證整個接觸面處于水平狀態,同時在下分配梁與橋面橫梁兩端垂直截面的外側,焊接三角鋼支撐,以保證下分配梁不發生側移。

  張拉千斤頂的安裝

  臨時吊桿的張拉端設置在拱肋上端,采用4臺千斤頂帶撐腳安裝并螺栓連接固定在上承力橫梁上,撐腳內安裝一套安全工具錨,千斤頂配自動液壓鎖,通過截流閥同步控制4臺千斤頂張拉或放松。

  臨時吊桿

  更換吊桿時的臨時索應采用低松弛高強度預應力鋼絞線,臨時吊桿由4束鋼絞線共同組成,每束采用9根Ф15.24鋼鉸線。臨時吊索下端穿過下承載橫梁梁底錨墊板,用擠壓錨錨固,上端用夾片錨錨固,采用自動工具錨張拉提升橋面橫梁及橋面。臨時吊索鋼鉸線束穿好后,用千斤頂預緊,預緊時必須注意使上、下承載橫梁的鎖孔梁對中,吊桿的上下吊點孔位保持在同一鉛垂線上,以使臨時吊桿豎直受力。此外還需注意使各根鋼鉸線預張力一致,要求四臺千斤頂同步起頂,使整束吊桿受力均勻。

  原吊桿索力體系轉換

  采用逐級加載(釋放)內力的方法,對四根臨時吊桿同時進行張拉,將原有吊桿索力逐步轉移到臨時吊桿上。為確保橋面不會出現較大的應力變化,將吊桿力設計值分成6級,逐級施加至臨時吊桿,相應地逐批采用砂輪切割機切斷原吊桿鋼絲(預應力臨時吊桿的張拉與原吊桿鋼絲的切割交替進行),即原有吊桿鋼絲分6批割除,每次斷掉33根Φ5mm鋼絲。第一次先切割最外側33根鋼絲,切割完畢后原本由這33根鋼絲所承擔的力轉移至臨時鋼絞線上,在該工況完成后,對該吊桿索及相鄰吊桿的基準標高點進行量測,通過相對標高的變化值,來了解第一批鋼絲切割后橋面的線性變化。同時對吊桿的索力進行監測,通過監測值判斷出舊吊桿索還有多少索力,尋找出體系轉換過程中千斤頂的頂升力和吊桿索力之間的關系,之后重復上述步驟。

  在索力轉換過程中,當每級被更換吊桿的索力部分轉移到臨時吊桿上時,需要錨固臨時吊桿,同時跟蹤監測索力和更換吊桿所在處的高程變化,測定吊桿長度的變化,觀察橋面有無裂縫產生,同時進行鄰近點橋面標高的測量,以判斷是否需要調整索力,確定沒有問題之后開始沿舊吊桿索外側割斷鋼絲,并再次測定吊桿長度的變化,直到舊吊桿完全被割斷。為了防止鋼絲突然蹦斷而引發事故,可采用軟質材料綁緊舊吊桿,起到阻尼作用。將橋面的上下變化值與相鄰跨吊點的高程變動差控制在±5mm范圍內,不得超過±1cm。

  新吊桿的安裝

  原吊桿被拆除后,及時對拱、梁錨墊處的相關缺陷,如銹蝕、開裂、積水等進行修復,并進一步核實拱上與梁下錨墊板間的實際尺寸,與理論尺寸進行比較,通過螺母與錨杯間的相對尺寸來調整兩者之差。

  新吊桿分3種安裝方式進行安裝:超短吊桿索:采用由下至上的安裝方式;短吊桿索:采用先梁后拱的安裝方式;長吊桿索:采用先拱后梁的安裝方式。

  新安裝吊桿的張拉

  新吊桿張拉的本質,是在臨時吊桿與新吊桿之間進行力系轉換,在拱端安裝張拉機具。單套張拉機具由過渡套、200噸張拉桿、150噸千斤頂、分配梁、張拉桿螺母及2升電動油泵等組成。采用逐步加載的方式,對新吊桿加載約20%的設計索力,不使其松弛并具備一定的初應力。然后逐步減少臨時吊桿力,同時張拉新吊桿,并使卸載的臨時吊桿力等于加載的新吊桿力,直至臨時吊桿將所有的設計承載力全部轉移到新的吊桿上,持續兩分鐘后錨固。加、卸載的步長可控制為設計吊桿力的20%。

  根據設計的張拉索力值、標高控制,對吊桿的張拉和橋面標高進行調整。張拉過程中交替逐步放松臨時吊桿。張拉分級進行加載,分級解除臨時吊桿索力,分級大小與原吊桿拆除程序一致,臨時吊桿索力的放松是通過千斤頂逐步回程實現的。同樣在換索全過程中,應跟蹤監測索力和更換吊桿所在處的撓度變化情況,并檢測橋面裂縫,判斷是否需調整索力。整個張拉過程中,需要監測吊桿處橋面的標高,使其變化在設計控制范圍內,并且全程進行新吊桿應力的監控,并適時監控實施張拉力、伸長量和橋面高程3項數據指標。

  由于鋼管混凝土吊桿更換是一個復雜的系統工程,影響著整個橋梁結構的安全性。因此,影響吊桿更換的因素也較復雜,很難用簡單的參數全部概括。本文針對中承式拱橋的吊桿更換進行了研究說明,為今后遇到類似工程問題積累了必要的技術資料,可供類似工程施工借鑒。

 
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