斜拉桥换索施工概况分析龚林

斜拉桥换索施工概况分析龚林
发布时间：2021-08-24T03:30:56.684Z 来源：《防护工程》2021年13期作者：龚林张楠[导读] 斜拉桥拉索大部分都处在塔柱和主梁的外部，一直承受着较大的拉应力。

但由于建造时施工技术的不成熟、温度和湿度等原因，长时间和侵蚀性介质作用，会导致斜拉桥拉索的腐蚀，从而导致索力的损失，使斜拉桥被迫进行换索。

斜拉桥换索是一个复杂、费用高昂的过程，制造、安装拉索的费用约占全桥总造价的1/3。

因此，如何快速、廉价的更换拉索是我们应该考虑的话题。

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摘要：本文对斜拉桥拉索常见病害进行了总结，同时对斜拉桥拉索更换现状以及斜拉桥现行换索施工方法进行了概述，分析了各种换索方法的优缺点。

提出了斜拉桥换索方法的改进与构想。

关键词：斜拉桥；换索；施工控制
引言
斜拉桥拉索大部分都处在塔柱和主梁的外部，一直承受着较大的拉应力。

但由于建造时施工技术的不成熟、温度和湿度等原因，长时间和侵蚀性介质作用，会导致斜拉桥拉索的腐蚀，从而导致索力的损失，使斜拉桥被迫进行换索。

斜拉桥换索是一个复杂、费用高昂的过程，制造、安装拉索的费用约占全桥总造价的1/3。

因此，如何快速、廉价的更换拉索是我们应该考虑的话题。

1、拉索常见病害
由于拉索扮演的重要角色，因此所使用的材料要求比较高，其制作过程和工艺也是极其复杂。

在温度、湿度及腐蚀性介质和其他因素的综合作用下，拉索依然会产生各种各样的破坏，具体如下[1]~[3]：
（1）腐蚀性病害：腐蚀性病害在拉索腐蚀中最为常见。

拉索与桥梁其它构件不同，整个腐蚀过程都是自发的进行。

在拉索安装完成后，就可能有腐蚀的痕迹了。

通长拉索腐蚀程度都是由于外部防护系统老化，雨水经过护套渗入到拉索内腐蚀钢丝而形成的，所以一般表现为“上轻下重”；
（2）氢脆破坏：此类破坏形式为电化学反应破坏，以水泥浆、雨水为电解质，可以发生电解反应，使得钢丝内部电子由阳极流向阴极而产生破坏；
（3）疲劳破坏：斜拉桥的拉索需要承受风荷载、风引起的耦合效应、桥面车辆传来的振动等。

长此以往，进入了拉索使用的疲劳期，端头就会产生裂纹，从何导致拉索失去作用；
（4）拉索索力回缩：部分斜拉索在张拉过程中，分丝板承受了拉力以及侧向的压力，还有拉索内部的摩擦力等。

在巨大的拉应力下，分丝板的变形足以让拉索产生破坏，从而影响拉索的使用年限；
（5）拉索索力退化：拉索与拉索之间是相互关联的，某一根拉索发生变形之后会影响其它拉索，会影响到全桥受力。

拉索索力退化的原因有很多，诸如温度引起的局部损伤、锚固系统的松动、局部拉索发生病害以及地震等因素。

2、斜拉桥换索的现状
目前，对于斜拉桥的各种病害，很多学者已经提出了一系列的防护措施，但是在实际工程中，由于各种因素的影响，这些防护方法不能完全有效的对斜拉桥的拉索提供足够的保障，从而影响整座桥梁的受力情况。

对于一些已经出现拉索腐蚀问题而影响桥梁结构受力的斜拉桥，现行最有效的方法就是换索，但是这会造成巨大的经济损失。

3、目前换索施工控制方法斜拉桥换索的过程是非常复杂的，方法主要分为三种：闭合控制法、开式控制法及自适应控制法[4]。

（1）闭合控制法
在施工过程中，测量时，误差的存在世不可避免的，要是不对其加以控制，在整个施工过程中就会积累。

这就的及时纠正误差，并按照最优原则加以修正。

指导施工的方法是在实际中得来的，这就形成一个闭合反馈系统。

通过这个系统再得出相应的数据和控制量，来指导换索施工的进行。

（2）开式控制法
对于一般的斜拉桥，可单向估计结构的荷载从而得计算出预拱度，这种做法叫做开式控制法。

可以在模型建立时，利用成桥状态来分析现有的施工控制量，以及拉索所需要承受的拉力等。

只要按照这些控制量来进行施工成桥时达到理想状态应该不是很难。

要是提高各个部件的精度，此方法则具有可行性。

（3）自适应控制法
在建立斜拉桥模型的时候，通常会采取一些近似的数据与参数值，而这正是导致施工中的某些工况与设计时不同的原因。

再加上环境、温度等的影响，与理想状态偏离就更远。

在实际施工中测得相关数据来指导模型，然后利用模型得出相应的解决措施。

自适应控制原理可以由图1来表示。

4、现行换索的工序步骤
（1）每次换索施工之前，都要用精密仪器测量出需要更换的索的索力以及桥面线形等数据，此索相邻的前后3根拉索也应该进行测量。

完成之后，方可进行拆除安装；
（2）将千斤顶安装在索塔上；
（3）新拉索起吊之前，必须对锚杯与锚圈螺纹、外防护套等进行严格的检查；
（4）开始进行拆除，同时需要准确测量索力；
（5）检查索塔以及主梁拉索的预留孔道是否有破损，如有破损等，需要进行修补后施工；
（6）先将拉索在固定端锚固好，然后检查各个位置部件是否能够正常工作。

然后利用起重机起吊新索并穿索；
（7）进行张拉，张拉时需密切注意千斤顶、油压表以及索力测力仪的数值，当达到设计数值之后，方可进行锚固；
（8）检测索力是否达到设计状态，调整拉索的受力状态。

5、换索方法的改进与构想
斜拉桥换索工程实施起来较为困难，需要考虑的因素较多。

因此，为斜拉桥换索才会如此复杂且造价高昂。

可以从以下几个方面来改进：
（1）换索施工过程中一般要遵循由近及远，由短到长的规则。

在卸荷的时候，需要分级卸荷，以防拉索崩断。

分级卸荷时，主要控制拉索的变形，每次卸载量不宜过大。

在卸载的同时，测量桥面线性，拉索索力等控制量，以保证主塔不会在卸荷时产生偏移；
（2）用拉力机引出螺母，逐步放松拉索。

待到拉索已经没有应力时，再利用卷扬机将拉索牵引出来，然后平稳将其放下。

由于荷载对拉索的拉力作用，导致拉索的刚度变大，不易弯折，则需要先将其一端锚固住，牵引另一端，然后利用氧气切割旧索，有序的运出桥面；
（3）在张拉时，各部件都有不同的作用。

在张拉的过程中，利用定位仪，时刻保持千斤顶反力架与锚管在一条直线上；
（4）拉索卸索前、卸索后、张拉后应该对桥面高程以及应力、应变测量三次，测点主要是拉索锚固处，关键节点处，跨中处的各个控制量。

在换索施工完成之后，利用仪器再次测量，保证换索的安全可靠；
（5）斜拉索的制作工艺也是需要注意的地方。

将纤维增强聚酯带缠绕在钢丝上，形成钢丝束。

每一根成品拉索表面需要加上保护套，在两端还应该配有锚固构件。

拉索的质量会直接影响到换索的顺利与否和换索后桥梁的耐久性能。

6、总结
（1）通过对斜拉索病害原因的分析，拉索的制造工艺无疑是影响换索施工快慢的一个因素。

如果提高了拉索的质量，换索过程将会加快；
（2）换索时，可以按照先换离索塔近的拉索，再更换离桥塔远的拉索，一般采用对称进行。

同时，应测量每根拉索的拉应力，根据实际作出相应调整；
（3）采用对称或者反对称方法来弥补只换单根索的缺点，施工安全系数会大幅提高，明显压缩施工工期。

参考文献
[1]甘林坤.涪陵长江大桥换索顺序研究[D].重庆交通大学,2013.
[2]陈云峰.双塔双索面混凝土斜拉桥换索技术研究[D].重庆交通大学,2012.
[3]唐峰.独塔单索面混凝土斜拉桥换索技术研究[D].重庆交通大学,2009.
[4]杨建喜.混凝土斜拉桥换索工程施工控制的研究[D].东北林业大学,2010.
作者简介
龚林（1992-），男，汉族，四川，硕士，贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，助理工程师，研究方向：桥梁施工控制、桥梁新材料。