拱桥吊杆的更换设计与施工

中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所中国公路学会中国公路学会20092009年桥梁维修加固技术研讨会年桥梁维修加固技术研讨会拱桥吊杆的更换设计与施工拱桥吊杆的更换设计与施工™™中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司™™桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所牛宏牛宏中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所内内容容提提要要公路桥梁加固设计规范－吊杆更换12拱桥旧吊杆更换的必要性拱桥旧吊杆更换的必要性拱桥吊杆的更换设计与施工拱桥吊杆的更换设计与施工公路桥梁加固施工技术规范－吊杆更换34吊杆更换设计实例吊杆更换设计实例5吊杆更换施工实例吊杆更换施工实例中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所一、拱桥旧吊杆更换的必要性一、拱桥旧吊杆更换的必要性事故实例宜宾小南门金沙江大桥建于1990年，其结构形式为240m中承式混凝土双肋拱桥。2001年11月7日晨4时30分有4对8根吊杆突然发生断裂，4片横梁及相连桥面板、人行道坠入江中，造成车辆坠落与人员伤亡。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所一、拱桥旧吊杆更换的必要性一、拱桥旧吊杆更换的必要性破坏形态断口附近的钢绞线严重锈蚀，有严重锈坑，约50％为陈旧性断裂。‹‹宜宾小南门金沙江大桥吊杆断裂特点宜宾小南门金沙江大桥吊杆断裂特点断口基本表现为脆性断裂，锈蚀严重的钢丝无明显塑形变形。属于钢绞线应力腐蚀断裂，是腐蚀和静拉应力共同作用的结果。应力加剧了腐蚀，腐蚀又恶化了应力，钢丝裂纹的开展便是应力与腐蚀综合作用的结果，最终导致吊杆横断面减少发生脆性破坏而无任何预先的征兆。断口未见光亮区，不属于反复应力作用下的裂纹逐步开展的疲劳或锈蚀疲劳断口。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所一、拱桥吊杆更换的必要性一、拱桥吊杆更换的必要性原因分析1、预应力钢材对锈蚀极为敏感。据国际预应力混凝土协会（FIP）统计，预应力钢材破坏中腐蚀疲劳约占10％，应力腐蚀占到75％，而其中超过5年的仅占50％。‹‹吊杆应力腐蚀断裂分析吊杆应力腐蚀断裂分析2、恶劣的腐蚀环境。1986年～2000年宜宾市城市历年降水测定表明，各年度降水PH值＜5.0，钢绞线长期处于酸性腐蚀环境中工作。3、无防腐涂层的钢绞线。吊杆采用内注水泥浆防护，荷载长期作用下导致钢套筒及桶内水泥浆断裂，使钢绞线受到大气与雨水的直接侵蚀而发生严重腐蚀。4、缺乏针对性的管养措施。养护部门仅对大桥进行了常规的观察与养护，对关键部位的防腐认识不足，桥梁构造中未提供方便检查的通道或装置，使得检查人员难以对吊杆的关键部位进行有针对性的检查。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所一、拱桥旧吊杆更换的必要性一、拱桥旧吊杆更换的必要性反思与建议1、吊杆设计应为可更换式吊杆。‹‹拱桥吊杆的安全性及耐久性拱桥吊杆的安全性及耐久性2、加强对吊杆防腐蚀构造的细节处理。吊杆钢绞线或钢丝采用镀锌、环氧涂层、高密度PE、外套钢管防护，锚头采用防腐油脂防护。3、将桥面系设计成整体式混凝土结构。4、系杆拱桥系杆宜独立设置与桥梁最外侧，并留有预留孔道，便于更换，或将系杆作为后张预应力筋置于加强纵肋内。5、应设置必要的检修装置及检修通道。6、设计或厂家应明确吊杆使用年限，使养管部门便于更换和养护。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所二、公路桥梁加固设计规范二、公路桥梁加固设计规范规范条文12.1.1…吊索（杆）以及斜拉桥斜拉索损伤或承载力不足时应进行更换。‹‹吊杆更换规定吊杆更换规定12.1.3…钢构件应按照腐蚀环境、构件工作条件、维护条件等进行涂装防腐设计。12.3.2…吊索（杆）抗拉安全系数应符合下列规定：高强钢丝吊索：不小于2.0；钢丝绳吊索：不小于3.0；刚性吊杆：不小于3.0。12.4.3…吊索（杆）及上下锚头以及斜拉桥斜拉索及上下锚头应采取可靠的防、排水措施。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所三、公路桥梁加固施工技术规范三、公路桥梁加固施工技术规范规范条文8.3.1吊杆运输、安装过程中，应有可靠的保护措施，防止碰伤锚具及PE索套，如有意外损伤应及时修补，并作好记录。‹‹吊杆更换吊杆更换8.3.2更换吊杆前应根据构造形式、施工设备等实际情况，设置工具吊杆，工具吊杆应进行设计计算，对工具吊杆施力时，应保证同步张拉，使吊杆受力平衡。8.3.3更换吊杆过程中，应连续监测桥面高程、吊杆内力及混凝土应力变化，新吊杆张拉应实行双控，以桥面高程控制为主，吊杆内力控制为辅。8.3.4应对柔性牵引索及刚性连接杆的长度、尺寸、连接方式与构造进行专门设计。当采用刚性连接杆时，应考虑吊杆长度、重量、索管长度的差别。8.3.5施工过程中新旧吊杆、工具吊杆之间的荷载转换应平稳。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所三、公路桥梁加固施工技术规范三、公路桥梁加固施工技术规范规范条文8.4.1系杆运输、安装过程中，应注意保护PE索套，如有意外损伤应及时修补。‹‹系杆更换系杆更换8.4.2对可更换系杆，拆除前应设置临时系杆，临时系杆应通过设计计算确定。8.4.3旧系杆拆除、临时系杆及新系杆张拉应交叉分级进行。8.4.4施工过程中，新旧系杆、临时系杆之间的荷载转换应平稳8.4.5系杆张拉应在夜间气温稳定时段进行，并应临时中断交通。8.4.5系杆张拉应在夜间气温稳定时段进行，并应临时中断交通。8.4.6施工过程中，应对拱圈应力、变形以及拱座变位进行监控。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所三、公路桥梁加固施工技术规范三、公路桥梁加固施工技术规范规范条文1吊杆更换质量检验实测项目应符合表8.7.3-1的要求。表8.7.3-1吊杆更换质量检验实测项目项次检查项目规定值和允许偏差检查方法和频率1吊杆长度（mm）±0.001L及±10用钢尺量2吊杆拉力（kN）符合设计要求测力仪：每吊杆检查3吊点位置（mm）10全站仪:每吊点检查高程±10两侧高差20水准仪：每吊点检查4吊点高程（mm）‹‹8.7.38.7.3吊杆、系杆更换质量检验与验收吊杆、系杆更换质量检验与验收注：本表中L为吊杆长度。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所三、公路桥梁加固施工技术规范三、公路桥梁加固施工技术规范规范条文2柔性系杆更换质量检验实测项目应符合表8.7.3-2的要求。表8.7.3-2柔性系杆质量检验实测项目‹‹8.7.38.7.3吊杆、系杆更换质量检验与验收吊杆、系杆更换质量检验与验收项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1张拉应力（MPa）符合设计要求查油压表读数,每根检查2张拉伸长率（%）符合设计规定尺量,每根检查3外观鉴定1）吊杆、系杆顺直，无扭转现象。2）防护层完好，无破损、污物。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例结构简介蜀河汉江大桥主桥为2×120m中承式钢管混凝土拱桥，钢管拱肋为哑铃型截面，桥面系为简支纵横梁体系，吊索为高强钢丝。桥梁宽度：净9米+2×2.06米（人行道）。设计荷载：汽车-20级，挂车-100。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例吊杆的钢丝网水泥护套多处开裂和破损，吊杆钢丝严重锈蚀。吊杆病害中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例吊杆上、下锚头严重锈蚀。吊杆病害中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例现场拆除的旧吊杆吊杆病害中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例吊杆沿桥纵向不再一条直线上，吊点高程偏差较大。吊杆病害中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例结构分析整体模型结构分析中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例吊杆索力计算与实测值吊杆编号结构分析恒载（KN）活载（KN）实测恒载（KN）实测活载（KN）备注1474.6／／／实测恒载、活载引自荷载试验报告中的最大值。2486.3／／／3484.6／855.6289.64481.4／722.1／5484.2319.2668.0275.96489.7323.8685.0314.9中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例结构分析结构稳定性分析工况（特征值法）安全系数K值失稳模型恒载（自重）3.406拱肋横向半波恒载＋活载3.208拱肋横向半波恒载＋横向风载3.406拱肋横向半波中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例结构分析结论1、吊杆计算索力较实测值小。2、吊杆的安全系数为3.01，满足设计规范2.5的容许值。3、整个拱肋的横向刚度偏低，在低频载荷干扰下极易产生横向振动和失稳。4、在恒、活载作用下结构的第一类稳定安全系数仅为3.208，低于设计要求的拱侧倾一类弹性稳定系数4～6的要求。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例加固设计方案项目加固项目使用年限工程造价加固维修难点经济及社会效益方案一钢管拱肋及吊杆防护5年149.8万吊杆与桥面及拱肋连接处的维修防护困难，钢丝除锈容易引起断丝较差方案二更换吊杆、调整桥面标高＋钢管拱肋防护〉20年485.5万能彻底解决吊杆的防腐、除湿问题，具有一定的先进性，国内施工经验也较成熟较好经综合比较采用第二方案作为推荐设计方案，并通过专家论证。中交第一公路勘察设计研究院有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁维修养护与加固技术研究所桥梁维修养护与加固技术研究所四、吊杆更换设计实例四、吊杆更换设计实例吊杆更换原则一、吊杆更换原则：1、保证桥梁结构安全；2、总体性能不会降低；3、防腐性能提高；4、经济、简便。二、吊杆设计荷载：汽车—20级、挂车—100、人群荷载为3.0kN/m2。三、吊杆使用年限：吊杆正常使用年限为2