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基于增設(shè)鋼絲繩的柔性吊橋主纜提載加固設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：2020-04-27 16:05　文章來(lái)源：未知　文章作者：admin　點(diǎn)擊數(shù)：

上世紀(jì)六七十年代我國(guó)修建了大批橋梁，當(dāng)時(shí)國(guó)家正處于發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，新建橋梁的原則是用最少的投資實(shí)現(xiàn)利益的最大化；那個(gè)時(shí)期修建的橋梁設(shè)計(jì)荷載偏低，但仍需擔(dān)負(fù)著日益繁


      上世紀(jì)六七十年代我國(guó)修建了大批橋梁，當(dāng)時(shí)國(guó)家正處于發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，新建橋梁的原則是用最少的投資實(shí)現(xiàn)利益的最大化；那個(gè)時(shí)期修建的橋梁設(shè)計(jì)荷載偏低，但仍需擔(dān)負(fù)著日益繁重的交通運(yùn)輸任務(wù)，隨著時(shí)間的推移，大量的舊橋顯露出了很多的缺陷，部分橋梁甚至存在安全隱患。這些橋梁已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的交通需求，怎樣維修、加固這些橋梁是一項(xiàng)繁雜的系統(tǒng)工程。因此如何維修、加固這些危舊橋使其提高或者恢復(fù)承載力，確保人民的生命財(cái)產(chǎn)安全是現(xiàn)如今面臨的任務(wù)。
新建橋梁費(fèi)時(shí)費(fèi)力、造價(jià)過(guò)高，大部分舊橋已無(wú)法滿足現(xiàn)有需求且可能存在安全隱患，因此橋梁的維修、加固在未來(lái)交通土建行業(yè)將會(huì)占很大的比重。對(duì)舊橋進(jìn)行加固后，可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，提高橋梁的耐久性和承載力，使橋梁能滿足交通量的需求；還可以緩和橋梁投資的集中性，預(yù)防和避免橋梁坍塌造成的人員和財(cái)產(chǎn)的損失。

1柔性吊橋主纜提載加固原則及方法
橋梁加固設(shè)計(jì)既要充分利用原橋結(jié)構(gòu)和材料，又要提高橋梁的承載力和通行能力；對(duì)橋梁加固設(shè)計(jì)工程師提出了更高的專業(yè)要求。主纜變形、局部斷絲、纏絲外露、表面銹蝕、黃油剝落等是懸索橋主纜可能發(fā)生的主要病害：然而主纜提載加固的方法也不止一種，目前國(guó)內(nèi)外懸索橋主纜的加固實(shí)例有加強(qiáng)主纜索股、新增主纜、更換主纜、新增斜拉索等方法。
1.1加固原則
主纜提載加固設(shè)計(jì)是一種有效提高柔性吊橋承載力的方式。進(jìn)行加固時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
（1）原則上應(yīng)盡量減少或不對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響：
（2）加固設(shè)計(jì)時(shí)要注意新舊結(jié)構(gòu)之間的相互配合受力，達(dá)到所需的承載力；
（3）應(yīng)盡量提高橋梁的承載力，用最少的投入實(shí)現(xiàn)最佳的加固效果：
（4）對(duì)加固技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、耐久性及實(shí)用性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，找出不同橋梁較好的加固方案。
1.2加固設(shè)計(jì)方法
早期建成的柔性吊橋運(yùn)營(yíng)多年后，它的各個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)了不同程度的損傷，導(dǎo)致其承載力降低不能滿足通行要求，從而需要對(duì)此類吊橋進(jìn)行加固。主纜提載加固方法有多種，常用的加固方法有以下幾種：
1.2.1加強(qiáng)主纜索股
為了盡可能的利用現(xiàn)有主纜、節(jié)約成本，考慮在主纜截面上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，通過(guò)計(jì)算手段確定需要新增的索股根數(shù)：新增的索股與原索股型號(hào)保持一致，通過(guò)一定的施工技巧去除原橋主纜外包的纏帶。在空纜狀態(tài)下，新增索股與原索股共同受力：然后對(duì)主纜進(jìn)行防護(hù)。匹配合適的索夾。
1.2.2新增主纜法
為加強(qiáng)現(xiàn)有主纜的利用，考慮在舊主纜上方新增一根輔助主纜，這種方式是通過(guò)連接拉桿使上下兩根主纜共同受力，然后在既有索鞍上面架設(shè)一個(gè)支撐框架放置新索鞍使新主纜平穩(wěn)繞過(guò)，新增主纜錨固在既有錨鍵后方的新錨錠里。
1.2.3更換主纜法
更換主纜法對(duì)于主纜提載加固設(shè)計(jì)亦是有效可行的方案。對(duì)損傷程度較大的主纜，有效受力面積不能滿足通行要求，可以考慮更換主纜，新主纜跨過(guò)舊索鞍，錨固在現(xiàn)有錨鍵后方新建的錨鍵里，
1.2.4新增斜拉索
為了充分利用現(xiàn)有懸索，決定通過(guò)新增斜拉索的方式來(lái)提高橋梁的承載力；該加固技術(shù)是源自于斜拉組合體系的啟發(fā)，新增的斜拉索分別錨固在塔頂和橫梁上，斜拉索產(chǎn)生的水平力由橫梁來(lái)承擔(dān)。
對(duì)于主纜采用鋼絲繩的柔性吊橋，采用增設(shè)鋼絲繩的方法來(lái)加強(qiáng)主纜的承載力不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

2工程實(shí)例
2.1工程概況
向陽(yáng)吊橋位于云南省怒江保傈族自治州州府所在地瀘水縣六庫(kù)鎮(zhèn)，為跨怒江而設(shè)；始建于1966年，是一座鋼索柔性汽車吊橋，橋梁凈跨徑131m，兩索塔中心間距136m，原設(shè)計(jì)為木結(jié)構(gòu)橋面，設(shè)計(jì)荷載為汽車一13級(jí)的單輛加重車，199l年怒江大橋建成后，向陽(yáng)吊橋由原來(lái)的通行汽車改為僅供人馬通行，1999年，向陽(yáng)橋進(jìn)行了首次大規(guī)模的維修改造，橋面由木結(jié)構(gòu)改建為鋼結(jié)構(gòu)，橋面寬度也增至5.5米。
作為六庫(kù)城區(qū)江東、江西兩岸的主要人行交通要道，向陽(yáng)橋橋面總寬5.5m，理論垂跨比為1/l0，主纜中心距離為5.60m，每根主纜采用8股37mm×218m鋼芯鋼絲繩。主塔為鋼筋混凝土剛架式墩塔，兩側(cè)均高14.9m。全橋吊桿共45對(duì)；縱梁為工字鋼，橫梁為兩槽鋼背靠背組成的工字鋼；索塔基礎(chǔ)為明挖、擴(kuò)大基礎(chǔ)；江東、江西側(cè)錨碗均為重力式錨，現(xiàn)階段的向陽(yáng)吊橋如圖1所示：
2.2技術(shù)狀況
向陽(yáng)吊橋的設(shè)計(jì)荷載偏低，即使改為人行橋后移動(dòng)荷載有所降低，但該橋的承載力也幾乎不能滿足要求；2015年對(duì)向陽(yáng)吊橋進(jìn)行檢測(cè)，該橋結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評(píng)定為5類，屬于危橋，應(yīng)及時(shí)對(duì)該橋進(jìn)行加固。
現(xiàn)階段向陽(yáng)吊橋的技術(shù)狀況如下：主纜索股防護(hù)表面大范圍老化、剝落，主纜索鞍處斷絲并伴有銹蝕現(xiàn)象，錨固區(qū)錨桿表面輕微銹蝕，錨碗存在錨坑漏水、頂板及側(cè)墻損壞等病害；索夾、吊桿均銹蝕，且面漆大面積起皮、剝落；橫梁跟縱梁油漆局部或大面積剝落、銹蝕；欄桿、索鞍均存在防護(hù)漆老化剝落、大面積銹蝕現(xiàn)象；索塔局部混凝土剝落。主纜承載力嚴(yán)重不足需進(jìn)行加固，大橋主纜現(xiàn)狀如圖2。
2.3加固方案
向陽(yáng)吊橋建成通行己久，主纜破損嚴(yán)重，斷絲率達(dá)20%，已無(wú)法滿足通行承載力的要求，需要對(duì)它進(jìn)行加固，此次加固設(shè)計(jì)的目標(biāo)是恢復(fù)橋梁的設(shè)計(jì)荷載。在選定加固方案時(shí)需要考慮加固效果、施工工藝、加固成本等方面的問(wèn)題。綜合考慮各方面的因素，增設(shè)鋼絲繩的加固方法既能達(dá)到有效提高承載力的效果又能節(jié)省成本、有效利用原有結(jié)構(gòu)。
經(jīng)計(jì)算最后決定對(duì)向陽(yáng)吊橋進(jìn)行以下加固處理：
在原有主纜的基礎(chǔ)上每根主纜各新加2股鋼絲繩（新增鋼絲繩材料仍然采用（37mm鋼芯鋼絲繩，其公稱抗拉強(qiáng)度1670MPa），更換所有索夾；對(duì)于該橋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象應(yīng)先進(jìn)行除銹處理，再涂刷金屬防銹漆；對(duì)錨碗裂縫進(jìn)行灌漿封閉處理；局部剝落混凝土用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
2.4加固結(jié)果檢算
加固前模型的邊界條件為主纜端部與塔底均固結(jié)，塔頂處主纜與塔頂采用彈性連接，縱梁沒(méi)有縱向和轉(zhuǎn)角約束：加固后的模型邊界條件與加固前的模型邊界條件一致。主纜及吊桿采用索單元，主梁與主塔采用梁?jiǎn)卧M，按照橋梁設(shè)計(jì)矢跨比、結(jié)構(gòu)自重等進(jìn)行全橋分析計(jì)算。分析計(jì)算之后，通過(guò)計(jì)算所得數(shù)據(jù)對(duì)比橋梁在加固前后的索力來(lái)分析橋梁加固的效果。計(jì)算模型如圖3所示，加固前后索力如表l所示：
圖3計(jì)算模型
由計(jì)算結(jié)果可知，主纜內(nèi)力在索鞍處最大，由索鞍到跨中依次減??；由于篇幅關(guān)系選取了與索鞍相鄰的單元、跨中單元和索鞍到跨中的部分單元的內(nèi)力值作為代表。加固前后主纜索力見(jiàn)表1、表2。
加固前后索力對(duì)比可知：加固前主纜最不利位置處的安全系數(shù)為2.4<3，加固后主纜最不利位置處的安全系數(shù)為3.1>3；說(shuō)明此主纜提載的加固方式取得了一定的成效。由于直接在主纜上增加鋼絲繩，因此加固后的索力比加固前的索力大，但在組合作用下該橋主纜提載加固就明顯的體現(xiàn)出了它的效果。正確運(yùn)用該種加固方式來(lái)補(bǔ)充原有鋼絲繩因?yàn)閿嘟z而導(dǎo)致的承載力不足，最終達(dá)到提升橋梁承載力和耐久性的目的。

3結(jié)論
從加固效果上看，加固后的橋梁承載力和耐久性得到了有效的提高；由于在原橋的主纜上增加了鋼絲繩，因此橋梁的恒載有所提高，主纜的索力也比加固前有所增長(zhǎng)，但加固后組合作用下鋼絲繩的應(yīng)力降低，安全系數(shù)提高；并且該橋的使用性能也得到了明顯的改善，能夠滿足橋梁營(yíng)運(yùn)的要求。這也就充分的說(shuō)明了該加固方法是真實(shí)、可行、有效的。