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基于增設鋼絲繩的柔性吊橋主纜提載加固設計
發(fā)布時間：2020-04-27 16:05 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數(shù)：
上世紀六七十年代我國修建了大批橋梁，當時國家正處于發(fā)展的關鍵時期，新建橋梁的原則是用最少的投資實現(xiàn)利益的最大化；那個時期修建的橋梁設計荷載偏低，但仍需擔負著日益繁
上世紀六七十年代我國修建了大批橋梁，當時國家正處于發(fā)展的關鍵時期，新建橋梁的原則是用最少的投資實現(xiàn)利益的最大化；那個時期修建的橋梁設計荷載偏低，但仍需擔負著日益繁重的交通運輸任務，隨著時間的推移，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承載力，確保人民的生命財產安全是現(xiàn)如今面臨的任務。
新建橋梁費時費力、造價過高，大部分舊橋已無法滿足現(xiàn)有需求且可能存在安全隱患，因此橋梁的維修、加固在未來交通土建行業(yè)將會占很大的比重。對舊橋進行加固后，可以延長橋梁的使用壽命，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，預防和避免橋梁坍塌造成的人員和財產的損失。
1柔性吊橋主纜提載加固原則及方法
橋梁加固設計既要充分利用原橋結構和材料，又要提高橋梁的承載力和通行能力；對橋梁加固設計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，目前國內外懸索橋主纜的加固實例有加強主纜索股、新增主纜、更換主纜、新增斜拉索等方法。
1.1加固原則
主纜提載加固設計是一種有效提高柔性吊橋承載力的方式。進行加固時應遵循以下原則：
2工程實例
（1）原則上應盡量減少或不對原結構產生影響：
（2）加固設計時要注意新舊結構之間的相互配合受力，達到所需的承載力；
（3）應盡量提高橋梁的承載力，用最少的投入實現(xiàn)最佳的加固效果：
（4）對加固技術進行經濟性、耐久性及實用性等進行綜合評價，找出不同橋梁較好的加固方案。
1.2加固設計方法
早期建成的柔性吊橋運營多年后，它的各個構件出現(xiàn)了不同程度的損傷，導致其承載力降低不能滿足通行要求，從而需要對此類吊橋進行加固。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行補強加固，通過計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保持一致，通過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：然后對主纜進行防護。匹配合適的索夾。
1.2.2新增主纜法
為加強現(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一個支撐框架放置新索鞍使新主纜平穩(wěn)繞過，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
更換主纜法對于主纜提載加固設計亦是有效可行的方案。對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，決定通過新增斜拉索的方式來提高橋梁的承載力；該加固技術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，斜拉索產生的水平力由橫梁來承擔。
對于主纜采用鋼絲繩的柔性吊橋，采用增設鋼絲繩的方法來加強主纜的承載力不失為一種經濟有效的方法。
2工程實例
2.1工程概況
向陽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鎮(zhèn)，為跨怒江而設；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，原設計為木結構橋面，設計荷載為汽車一13級的單輛加重車，199l年怒江大橋建成后，向陽吊橋由原來的通行汽車改為僅供人馬通行，1999年，向陽橋進行了首次大規(guī)模的維修改造，橋面由木結構改建為鋼結構，橋面寬度也增至5.5米。
作為六庫城區(qū)江東、江西兩岸的主要人行交通要道，向陽橋橋面總寬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，兩側均高14.9m。全橋吊桿共45對；縱梁為工字鋼，橫梁為兩槽鋼背靠背組成的工字鋼；索塔基礎為明挖、擴大基礎；江東、江西側錨碗均為重力式錨，現(xiàn)階段的向陽吊橋如圖1所示：
2.2技術狀況
向陽吊橋的設計荷載偏低，即使改為人行橋后移動荷載有所降低，但該橋的承載力也幾乎不能滿足要求；2015年對向陽吊橋進行檢測，該橋結構總體技術狀況評定為5類，屬于危橋，應及時對該橋進行加固。
現(xiàn)階段向陽吊橋的技術狀況如下：主纜索股防護表面大范圍老化、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。主纜承載力嚴重不足需進行加固，大橋主纜現(xiàn)狀如圖2。
2.3加固方案
向陽吊橋建成通行己久，主纜破損嚴重，斷絲率達20%，已無法滿足通行承載力的要求，需要對它進行加固，此次加固設計的目標是恢復橋梁的設計荷載。在選定加固方案時需要考慮加固效果、施工工藝、加固成本等方面的問題。綜合考慮各方面的因素，增設鋼絲繩的加固方法既能達到有效提高承載力的效果又能節(jié)省成本、有效利用原有結構。
經計算最后決定對向陽吊橋進行以下加固處理：
在原有主纜的基礎上每根主纜各新加2股鋼絲繩（新增鋼絲繩材料仍然采用（37mm鋼芯鋼絲繩，其公稱抗拉強度1670MPa），更換所有索夾；對于該橋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象應先進行除銹處理，再涂刷金屬防銹漆；對錨碗裂縫進行灌漿封閉處理；局部剝落混凝土用聚合物砂漿進行修補。
2.4加固結果檢算
加固前模型的邊界條件為主纜端部與塔底均固結，塔頂處主纜與塔頂采用彈性連接，縱梁沒有縱向和轉角約束：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，主梁與主塔采用梁單元模擬，按照橋梁設計矢跨比、結構自重等進行全橋分析計算。分析計算之后，通過計算所得數(shù)據(jù)對比橋梁在加固前后的索力來分析橋梁加固的效果。計算模型如圖3所示，加固前后索力如表l所示：
圖3計算模型
由計算結果可知，主纜內力在索鞍處最大，由索鞍到跨中依次減小；由于篇幅關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力值作為代表。加固前后主纜索力見表1、表2。
3結論
加固前后索力對比可知：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。正確運用該種加固方式來補充原有鋼絲繩因為斷絲而導致的承載力不足，最終達到提升橋梁承載力和耐久性的目的。
3結論
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，但加固后組合作用下鋼絲繩的應力降低，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，能夠滿足橋梁營運的要求。這也就充分的說明了該加固方法是真實、可行、有效的。