桥梁案例分析

桥梁工程案例分析总结

指导老师：虞建成

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一、系杆拱桥吊杆问题

此案例中，桥梁的11号吊杆遭到车辆撞击而损坏，同时10号和12号吊杆受到影响，需要及时更换。大量实例表明，吊杆已成为设计中的薄弱环节，大量系杆拱桥的桥梁事故都与吊杆的损坏有关。因此，我们需要对系杆拱桥的吊杆安全与防护着重研究，除了吊杆被车辆撞坏的原因之外，还有锈蚀，重载车辆高速行驶引起的强烈震动等。

目前使用的吊杆寿命太短，一般仅为3～16年，很少有超过20年的，为当前桥梁设计寿命（100年）的1/5左右。在全桥的设计寿命范围以内，吊杆要进行多次拆换，既严重影响交通，又带来一定的风险，经济上浪费极大，故对系杆拱桥中吊杆的革新已迫在眉睫。

吊杆的损坏可以从以下几个方面分析，这对如何对吊杆进行预防措施以及之后的维修拆换十分重要。

1、防护材料的损坏

一般为以聚乙烯为原材料的PE保护层。

（1）受交变荷载而导致防护材料变形：吊杆在实际工作时，承受的荷载大小不同，内力处于不断变化中，故钢索的伸长量并不固定而是反复变化。这种往复变化对材料的耐久性极为不利，交变荷载的持续作用，会使钢索在与下锚头的连接处产生微小的转角，长期作用将使此处的密封措施失效，吊杆失去有效防护；（2）钢索松弛而导致防护材料变形；（3）防护材料自身收缩；（4）防护材料的老化；（5）温度变化导致防护材料变形

2、吊杆钢索破损

有三方面因素：腐蚀因素、强度因素、疲劳因素。拱桥吊杆布置在梁体外部，而且截面尺寸小，应力水平长期较高，因此吊杆对腐蚀作用非常敏感，轻微的腐蚀都会对吊杆强度和疲劳寿命产生较大影响。

3、锚具破损

吊杆锚具的破损主要是疲劳和腐蚀引起的。锚具的腐蚀分外部腐蚀和内部腐蚀。如吊杆锚头外部几乎未进行有效防护，其锈蚀也是必然的。所以对不进行封锚处理的锚具，应加防护罩或采取其它有效的措施防止锚具外部的锈蚀。锚具内部的腐蚀原因与钢索相同，主要是防护措施失效，水汽与锚具接触造成的。

4、短吊杆问题

短吊杆自由长度太短，受温度变化影响大。桥面反复纵向位移时，短吊杆不能自由摆动，且频频交替出现较大的附加应力，致使短吊杆及结构发生破坏。

针对以上吊杆破损的原因分析，下面提出对破损吊杆进行更换的施工工艺，同时对其进行的改进和防护。

1、吊杆的更换

更换吊杆的施工，主要以桥梁自重下各吊点的标高为控制目标，也要避免桥面开裂，施工中须有严格的监控措施。基本思路是：在原吊杆处安装工具吊杆(替代索)，通过油压泵对工具吊杆匀速施加应力，同时释放原吊杆应力，只要做到两者同步进行，全桥的受力状态就不会改变，从而对全桥也不会造成损伤。吊杆更换施工工艺为：（1）施工准备（2）安装工作平台（3）安装临时兜吊系统（3）割除旧吊杆（4）安装张拉新吊杆调索。

在吊杆更换过程中，存在吊杆力转换问题，导致该吊杆甚至相邻吊杆产生变形，从而使桥面标高上下变化。由于桥面铺装结构连续，相临吊杆之间标高变化会使桥面铺装受力，如果控制不当，会导致桥面开裂。因此，在更换吊杆过程中，应连续监测桥面高程、吊杆内力及混凝土应力变化，新吊杆的张拉应实行双控，以桥面高程控制为主，吊杆内力控制为辅。

2、吊杆的改进

通过对吊杆破损原因和腐蚀机理的分析可知，有些情况是设计无法改变的，如桥梁所处的大气环境、吊杆承受持续交变高应力的特点等。所以，解决腐蚀问题的关键是加强防护，阻断钢索与氧气和水的接触，防止腐蚀的发生。故要求吊杆防护采取以下措施：（1）双重有机防护措施

吊杆钢索与防护材料变形不协调是引起防护材料开裂的重要原因。从这一方面入手，根据斜拉索防护的最新经验，考虑采用双层无粘接聚乙烯护套，即在现有的高强钢丝HDPE护套外再加一层HDPE护套，内外层护套之间设置隔离层，使外层护套不出现拉应力。同时在高强钢丝之间的间隙中灌以油脂。

（2）锚头内灌注油脂

由于下锚头易于腐蚀，需要经常检测，所以不应采用混凝土封锚。可以在锚头外设置保护罩并灌注油脂来进行防腐，以便拆卸、检测与更换。

（3）钢管套管防护

利用无缝钢管护套代替PE护套，可大大提高系杆在大气中的防腐作用，仅需简单的油漆，可代替复杂而且代价高昂的换索问题；无缝钢管可参与吊杆钢丝的结构作用，减小吊杆在活载作用下的拉伸变形。对降低活载振幅大大有利。

（4）采用双吊杆

将原有的一个(横梁支端)吊点设一根吊杆,改为平行双吊杆或者对称布置、截面相同的交叉双吊杆。

（5）短吊杆的处理

在设计上，对于短吊杆可设法加长其自由变形长度、在锚固处加设弧形垫块或设置纵向可转动的铰等。

二、T梁与箱梁连接处墩帽的修护

如下简图所示，在T梁与箱梁结合处，由于桥梁结构的高度不同，墩帽需要设计成如图所示的断面。

梁（T梁）

引桥（箱梁）

但是墩帽上面的部分（背墙）出现了很多的裂缝，原因分析是背墙部分收到了水平力的作用，其与盖梁结合处产生了剪切破坏。在进行桥面铺装时，一些碎石，沥青等材料陷入伸缩缝里，导致其位移受限，故对其产生了水平力的作用。

预防与修护措施：

1、对伸缩缝进行处理，保证桥梁能够满足自由伸缩的要求，保证有足够的伸缩量；对于敞露式的伸缩缝要便于检查和清除缝下沟槽的污物。

当然，也可以采用无缝伸缩装置。无缝式伸缩装置是指接缝构造不外露于桥面，在梁端部的伸缩间隙中填入弹性材料并铺上防水材料，然后在桥面铺装层中铺筑黏弹性复合材料，使伸缩接缝处的桥面铺装与其他铺装部分形成连续体，以连接缝的沥青混凝土等材料的变形承受伸缩的一种构造。也可以采用TST弹塑体与碎石组成的填充型伸缩装置，如下图所示。

这样防止了建筑垃圾进入伸缩缝，又可以通过弹性变形来抵消桥梁的伸缩位移，并且与前后桥面衔接平整，也能对引桥对墩帽产生的水平力起到一定的缓冲能力。

2、对墩帽的背墙进行处理，提高其抗剪切能力。比如重新打碎，进行加筋处理。

3、对T梁端横隔板的处理。案例中T梁端横隔板也出现了开裂破坏，需要提高其抗剪能力，可以通过加高其高度，配筋等来实现。同样可以对箱梁段进行类似处理，以防万一。