某鋼桁架懸索橋的加固新技術研究

史 杰 孟慶垚

1 工程概述

貴州南盤江大橋位于盤百公路安龍至洪江段的南盤江上,主跨為加勁鋼桁架懸索橋,貴州岸錨碇為重力錨,廣西岸錨碇為巖錨,橋梁跨徑布置為(18.5+24.1+3×20.5+240+4×20.5)m,全長 477.23m。引橋為無粘結預應力混凝土空心板。主塔采用C40混凝土。主纜采用 19×91φ5mm平行高強鍍鋅鋼絲束,直徑240mm。全橋吊桿共 39對,采用 61φ7mm成品高強鋼絲索,梁上索距 6m。鋼桁架加勁梁為 234m×12m×2.7m空間體系;加勁梁工廠加工為 6m節段,現場拼裝成 12m長,吊裝施工,鋼桁架材料為 16Mn鋼。

橫斷面布置:凈 9m+2×1.0m人行道 +2×0.5m防護帶,全寬 12.6m,見圖1。

2 病害狀況

南盤江大橋加勁梁縱向呈S形,實測主纜背索恒載拉力不對稱。結果在車輛荷載作用下振動明顯。主纜索股防護基本完好,錨固區個別錨桿螺帽松動、丟失。大多數吊桿在錨固點位置油漆剝落,有明顯銹蝕,兩處吊桿損壞。主索鞍固定鋼板銹蝕,個別固定螺栓缺失。

橫梁、加勁梁油漆局部或大面積剝落銹蝕,個別鋼板變形、缺損。鋼桁架鋼板連接螺母部分缺失。絕大部分橫梁出現豎向傾斜,致使橫梁上中間位置處鋼板不同程度脫空。多道橫梁中間位置鋼板焊接處銹蝕嚴重,甚至斷裂。兩側主塔表面均出現明顯網狀裂縫。車行道混凝土損壞嚴重,幾乎所有橋面板接縫處均有橋面板破碎、露筋,有的損壞十分嚴重;橋面滲水嚴重,導致鋼梁銹蝕,車輛行駛振動沖擊加劇;吊桿處鋪裝層有嚴重破碎、坑槽、露筋、積水和裂縫。大橋結構總體技術狀態評定為 4類(差)[1]。

3 加固方案

采用斜拉索加固,將原橋由單一的懸索承重體系轉換為吊拉組合體系,改變原橋下撓狀況,減輕主纜和吊桿負擔,讓斜拉索、主纜和吊桿共同受力,維修橋面、恢復人行道板以及在行車道底部粘貼鋼板來增加結構剛度,見圖2。

4 加固前結構分析

模型中邊界條件處理為主纜端部及塔底固結,塔頂處主纜與塔采用剛性連接,加勁梁無縱向與轉角約束,橫橋向有約束(見圖3)。

按照《公路懸索橋規范》荷載組合恒載 +汽車荷載最大下主纜安全系數為 2.5。

表1 加固前汽車荷載組合下撓度表 cm

加固前(拆除人行道板后)正負撓度的絕對值之和最大為97.15cm(見表1),大于 60cm,其撓度值不滿足規范要求。

5 加固后結構分析

選取組合 2max最不利組合,各斜拉索的最大拉力如表2所示。

表2 斜拉索內力

中跨選取 2283單元進行驗算,拉力為 748.0868kN;邊跨選取 2327單元進行驗算,拉力為 1028.687kN。

通過計算斜拉索中跨安全系數為 3.96,邊跨安全系數為4.77,表明斜拉索處于安全工作狀態。

通過增加斜拉索體系參與結構受力,使得結構剛度有了顯著提高,加固后正負撓度的絕對值之和最大為 53.10cm(見表3),小于 60cm,其撓度值滿足規范要求。

表3 加固后汽車荷載組合下撓度表 cm

6 結語

1)本次加固工作使主桁由汽車荷載引橋的最大變形(正負豎向變形絕對值之和)從 971.5mm減小到 531mm,結構剛度明顯提高,在某種程度上達到了加固的目的。2)經過結構分析計算,加固后能夠滿足公路—Ⅰ級運營要求。加固前主纜安全系數為2.85＜3,加固后主纜安全系數為 3.18,滿足規范要求。

[1] 上海同濟建筑工程質量檢測站,貴州路達公路試驗檢測有限公司.南盤江大橋結構檢測和承載能力評估報告[R].2001.

[2] 貴州省公路勘察設計院.南盤江大橋加固設計總說明[Z].2009.

[3] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].