下承式系杆拱桥吊索更换设计和施工关键技术

２０１８年　第２期（总第２８８期）
黑龙江交通科技
ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩ
Ｎｏ．２，２０１８
（ＳｕｍＮｏ．２８８）
下承式系杆拱桥吊索更换设计和
施工关键技术
唐建荣，周云岗，窦勇芝，吴勇翔
（柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州　５４５００５）
摘　要：为了安全可靠地对既有下承式系杆拱桥进行吊杆更换，减少对原结构受力扰动影响，提出了采用临时吊杆法进行吊杆更换，通过有限元软件建模模拟吊杆更换过程，验算索力转换过程的控制指标、分级步骤，理论验证方法的可行性，并为吊杆更换施工过程提供理论依据；同时，临时兜吊装置需根据拱上结构尺寸、桥面结构尺寸、梁下结构尺寸及相互空间关系，进行详细设计以满足吊杆更换过程中结构安全要求；最后提炼出吊杆更换的设计和施工要点。

施工实践表明：临时吊杆法是一种安全、高效和经济的吊杆更换方法，可为类似拱桥吊杆更换工程设计和施工提供借鉴。

关键词：系杆拱桥；吊杆；更换；施工
中图分类号：Ｕ４４８．２２５ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０２－００８０－０２
收稿日期：２０１７－１２－２７
作者简介：唐建荣（１９７６－），男，工程师。

１　工程简介
世纪大桥位于宜兴市团碄湖上连接环科园与碄
滨大道，主桥为三跨连续系杆拱，全长３４４ｍ。

桥跨组合为：４×２０ｍ＋（４２．２５ｍ＋６３．０ｍ＋４２．２５ｍ）＋５×２０ｍ。

主桥桥面横断面组合为：１．６（人行道）＋１．６（拱肋）＋０．３（护栏）＋１４．０（行车道）＋０．３（护
栏）＋１
．６（拱肋）＋１．６（人行道）＝２１．０ｍ。

主桥采用三跨无风撑钢筋混凝土预应力系杆拱，主桥跨径组合为４２．２５ｍ＋６３．０ｍ＋４２．２５ｍ，主拱肋矢跨比１／５，主拱采用钢筋混凝土箱形断面，截面高１．２ｍ；系梁采用预应力钢筋混凝土箱形截面，截面高１．５ｍ；吊索采用高强平行钢丝束外包ＰＥ制成，吊索间距４．５ｍ；中横梁由预制后通过现浇湿接头与系梁相连，端横梁整体现浇，横梁采用预应力混凝土结构；边拱与主拱体系相同，拱肋采用钢筋混凝土箱形断面，在吊杆处截面为实心段，截面高１．０ｍ，吊索间距４．４ｍ。

横梁上铺０．２ｍ厚
预制行车道板，上覆０
．０８ｍ厚钢筋混凝土桥面铺装，后经桥面黑色化改造，加铺０．０５ｍ厚沥青混凝
土铺装层。

全桥共计２
８对吊杆需更换。

原桥旧吊杆固定端锚头及外包ＰＥ成品索体为工厂内预制，张拉端锚头为现场墩头制作，并在索导管内对裸露的钢丝段灌注水泥浆防腐，故原吊杆不具备再次张拉放张的更换条件，如何索力转换及控制为本工程函待解决的工程问题难点。

新吊杆采用锚头能通过索导管口的成品挤压索，可满足吊杆可更换的设计要求。

另外，采取临时吊杆法如何设计临时兜吊装置
实现索力转换过渡为本工程函待解决的重点工程问题。

２　吊索更换设计与施工技术
２．１　结构计算分析
计算采用空间有限元分析软件Ｍｉｄａｓｃｉｖｉｌ２０１５（ｖ８．３．２）建模分析。

整个计算模型由三维梁单元和杆单元组成，其中横梁、系梁和拱肋采用梁单元，吊杆采用杆单元。

２．２　吊杆更换施工设计原则
（１）吊索更换过程中必须保证桥梁结构的安全，不能因更换吊索而损坏桥梁其他构件；
（２）所用新吊索应确保吊索本身和桥梁整体结构在强度、刚度和稳定性方面具有足够的安全储备，桥梁在更换吊索后维持其原设计荷载等级；
（３）吊索更换应使吊索索力和桥梁线形都进入拟定的目标状态，通过调索使得结构实际内力与结构目标内力差值最小，桥梁受力状态接近理想的目标状态，控制点的标高接近设计的标高值或换索前的标高值。

吊索更换基本原则是吊索更换前后结构内力和线形状态尽量保持不变；
（４）所用新吊索和锚具应尽量加以改进，满足新的标准，避免重复出现以前的病害，并且保证新吊索使用的耐久性和便于再次更换；
（５）吊索更换方案应有较好的经济性，便于实施，具有良好的可控制性和可操作性；
（６）新吊索的选用应尽量不要破坏桥梁原有景
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第２期唐建荣，周云岗，窦勇芝，等：下承式系杆拱桥吊索更换设计和施工关键技术总第２８８期
观协调性，充分考虑吊索更换后的景观效果，尽量避免出现吊索形式不一或布置凌乱而导致的景观失调。

２．３　吊杆更换设计总体思路
桥面系的荷载通过吊索传递到拱肋，因此吊索是传力构件。

吊索在受力状态下具有一定的伸长量，是无法卸除的。

因此必须使原吊索处于无应力状态时，才能将其拆除。

根据设计原则，本设计采取逐级卸载的方式，先将原有吊索的索力逐步转移到临时吊杆上，等到原吊索处于完全卸载的状态（即无应力状态），将其拆除，然后换上新吊索进行逐级加载，与此同时临时吊杆逐级卸载，直至新吊索达到新的设计索力，这时再将临时吊杆卸除。

在转换吊索力的过程中，应注意卸载力与加载力应分级转换保持平衡。

在施工前先测量系梁和拱肋顶面的高程、施工时对系梁、拱肋的标高和应力进行监控，确保高程和应力的变化在允许的范围内，防止过大的变形导致拱肋、系梁等构件出现裂缝。

２．４　吊杆更换施工技术工艺
（１）准备工作
为利于吊索更换施工安全、顺利进行，在吊索更换之前，进行必要的准备工作：
①制定好吊索更换施工组织设计，明确施工进度，根据施工进度确定人员安排、材料设备供应和调配，并对有关专用设备、仪器进行试验标定。

②建立导线点控制网，测量吊索对应位置桥面、拱肋标高及坐标，测量原吊索上下锚垫板间距等。

③桥下搭设用作吊索更换操作平台的临时支架，制作拱肋顶部施工平台、临时吊杆系统。

④在中断交通的情况下测定恒载状态下各吊索位置处的拱肋和系梁顶面的标高，作为施工中高程控制的基准。

然后清理桥面，施工材料与施工机械进场。

（２）安装临时吊杆
先在临时吊杆对应的桥面上钻出４个φ８０ｍｍ的圆孔，要求钻穿桥面铺装层和行车道板，将临时吊杆穿过圆孔与下吊点的型钢固定。

搭设脚手架，清除更换吊索处拱肋表面的涂料，清除面积需满足调平混凝土垫块的尺寸。

调平混凝土垫块采用植筋方式与拱肋连接，绑扎钢筋网片，立模灌注Ｃ
４０
微膨胀混凝土而成。

使其与拱肋紧密连接，不致因受力而滑落，同时应保持调平混凝土垫块上部水平。

然后在调平混凝土垫块上安装上吊点，上吊点的孔位应与下吊点的孔位保持在一铅垂线上，以使临时吊杆竖直受力。

（３）更换吊杆
加、卸载次数ｎ根据首根吊索试验确定，试验时监测并控制桥面高程。

每跨按中间自两端对称逐对更换顺序。

根据首件工程经验，最终进行吊杆加、卸载５次。

首件工程实践表明：吊杆更换过程分５级索力交替转换，以及桥面标高控制变化在２ｍｍ范围，主结构受力影响较小，各项变形、应力指标变化在安全可控范围，临时兜吊装置安全可靠的实现索力转换过渡，验证了设计方法的可行性和指导性。

２．５　工程应用效果
采用临时吊杆法进行全桥共计２８对吊杆更换，投入４套临时兜吊装置，平均３天更换２对吊杆，施工进度较快，较之临时支撑法，不受桥下河流影响，投入临时设施用量较小，取得了很好的经济效益和社会效益。

３　结　论
本文结合宜兴新世纪下承式系杆拱桥的吊杆更换工程实例，提出了采用临时吊杆法进行吊杆更换，通过有限元软件建模模拟吊杆更换过程，确定索力转换过程的控制指标、分级步骤，施工实践表明吊杆更换过程分５级索力交替转换，以及桥面标高控制变化在２ｍｍ范围，主结构受力影响较小，各项变形、应力指标变化在安全可控范围；同时，临时兜吊装置根据拱上结构尺寸、桥面结构尺寸、梁下结构尺寸及相互空间关系细化设计，满足吊杆更换过程中结构安全要求，不仅能使索力从被更换吊杆到临时吊杆，而且能保证桥梁各部的内力和线形不发生过大变化，必要时还可以通过调整吊杆索力调整桥梁线形。

另外，施工实践时需要严格控制一下几点：（１）考虑到白天交通流量较大，更换吊索的工作可在晚上２２时至次日凌晨５时之间进行。

（２）切割原有吊索时，因为吊索处于拉应力状态，故钢丝极容易突然崩断导致事故，应做好防护措施及应急预案。

（３）吊索更换施工必须进行主体结构应力、形位状况，并对结构状态实时识别调整，确保结构状态应满足规范要求。

本文提炼的吊杆更换设计方法以及工程实践可为同类桥型吊杆更换的设计、施工提供借鉴。

参考文献：
［１］　苏韩，雷欢，等．基于梁底有限高要求的旧桥换索方案研究［Ｊ］．预应力技术，２０１６，（３）：３１－３４．
［２］　向宝城，张枫林，等．蒲庙大桥吊杆更换技术［Ｊ］．施工技术，２０１３，４２（５）：５８－６１．
［３］　窦勇芝，韦福堂，等．一种用于吊杆更换抱箍式临时兜吊系统的设计和施工［Ｊ］．预应力技术，２０１７，
（１）：２６－３３．
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