某系杆拱桥吊杆更换设计与施工

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某系杆拱桥吊杆更换设计与施工

陈建华1，秦现德2

（1.浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006；2.浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051）

摘 要：文章以湖州某系杆拱桥吊杆更换的设计和施工为例，介绍了系杆拱桥吊杆更换的设计原则和思路，以及施工工艺流程，以供类似工程参考。

关键词：系杆拱桥；吊杆更换；设计；施工中图分类号：U448.22+5 文献标志码：A 系杆拱桥具有造型优美、形式多变、水平推力相对较小等优点，因而被大量运用于现代桥梁中。自上个世纪90年代以来，浙江省内也建造了大量此类桥梁。受限于当时的技术条件，早期建造的系杆拱桥在吊杆防腐、吊杆更换方面考虑不足，造成后期吊杆破损、杆身锈蚀、吊杆更换困难。为确保桥梁安全运营，系杆拱桥的吊杆应定期检查、及时更换。

1 工程概况

湖州某中承式钢筋混凝土系杆拱桥跨径61.9m，桥宽24m，横向布置1.75m（人行道）+4.0m（非机动车道）+1.25m（机非隔离）+10.0m（机动车道）+1.25m（机非隔离）+4.0m（非机动车道）+1.75m（人行道）。该桥建于1991年，桥下河水较深、流速较快，河道通航等级为6级。桥梁原设计荷载：汽车-20，挂车-100，人群荷载4kN/m2。桥梁侧面效果如图1所示。

图1 桥梁侧面图

桥梁上部结构由拱肋、系梁、横梁、吊杆和桥面板等构件组成，下部结构为空腹式桥台，台后设置止推墙，基础采用φ100cm钻孔灌注桩。桥梁吊杆索采用96φ5高强钢丝，外套φ13.9cm钢管，内灌黄油。

检测单位对该桥进行专项检查后综合评定为“D”级。为确保该桥在今后运营中的安全性，需对全桥构件进行中修或大修，并对该桥18根吊杆全部进行更换。

2 计算分析

为保证桥梁吊杆更换的顺利实施，对全桥进行建模分析。本次建模采用midas civil软件，系梁、横梁和拱肋采用梁单元，吊杆采用桁架单元，桥面板采用板单元。计算模型如图2所示。

图2 计算模型

文章编号：2096-2789（2017）05-0193-02

根据原桥施工图，计算桥梁在恒载和活载作用下的吊杆力，具体如表1所示。

表1 桥梁吊杆力计算值

吊杆号恒载索力/kN

活载索力/kN

恒载+活载/kN

1686.6 96.2 782.8 2701.0 121.1 822.1 3700.5 136.5 837.0 4665.3 137.9 803.2 5696.4 133.7 830.1 6665.3 137.9 803.2 7700.5 136.5 837.0 8701.0 121.1 822.1 9

686.6

96.2

782.8

注：1.吊杆编号顺序同X轴的正方向；2.上、下游吊杆索力相同，本表仅列出上游吊杆索力。

由于吊杆钢管与高强钢丝间存在大量定位块，其实测索力与计算值偏差较大，施工时以计算索力为准。为保证桥面铺装的完整性，在吊杆更换前、后，对桥面标高进行施工监控，将其差值控制在3mm以内。

3 吊杆更换设计

3.1 设计原则

（1）吊杆更换过程须保证桥梁结构安全，吊杆更换后须保证桥梁仍能满足原设计要求和今后的运营要求。

（2）吊杆更换要求少占用桥面，便于施工，且工期短。（3）新吊杆与锚具应按现行标准设计，避免出现以前病害，以便于再次更换。

（4）应具有较好的经济性和可行性。3.2 设计思路

吊杆是传力构件：桥面系荷载通过吊杆传递给拱肋。吊杆在受力状态下具有一定的伸长量，且无法卸除；拆除原吊杆时，须使其处于无应力状态。

根据设计原则，采用逐级卸载的方式，先将原吊杆索力逐步转移到临时吊杆，等原吊杆处于无应力状态，再将其拆除；然后换上新吊杆并逐级加载，同时临时吊杆逐级卸载，直至新吊杆达到设计索力，再将临时吊杆拆除。在吊杆力转换过程中，卸载力与加载力应保持平衡。

临时兜吊系统：临时吊杆采用精轧螺纹钢，横梁和系梁底的托梁采用双拼槽钢。3.3 吊杆选用

（1）原吊杆采用96φ5高强钢丝，锚具为冷铸墩头锚，

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| 工程设计 | Engineering Design内灌黄油，两端锚头用混凝土封死。

（2）新吊杆既要满足原设计要求，又要便于施工和今后的再次更换。综合考虑，新吊杆采用OVM.GJ15-16型挤压型拉索体系。

（3）锚垫板位置：在原吊杆位置锚垫板上移，将整个吊杆锚固在拱肋外。此方案优点：便于今后更换吊杆，消除吊杆对拱肋截面的削弱。

（4）考虑原吊杆完全卸载时，临时吊杆将承担其全部吊杆力，因此临时吊杆须满足承载力要求并具有一定的安全系数。经计算，1根原吊杆对应的临时吊杆为4根φ32精轧螺纹钢筋。

4 吊杆更换施工

4.1 施工准备

施工前对全桥标高进行测定，更换吊杆期间必须中断交通。为减少对现状交通的影响，并减小温差对吊杆力的影响，本桥吊杆更换安排在夜间21点以后、凌晨4点以前。进场前，应对施工机具进行检查，对所需材料的数量进行核对、质量进行检查，对新吊杆及配套锚具做好除锈、防锈工作。

4.2 临时吊杆安装

先在临时吊杆对应桥面凿出φ40mm圆孔，要求凿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工字钢固定。

搭设脚手架，清除原吊杆处拱肋表面涂料，直至露出混凝土，清除面积需满足三角垫块尺寸。在安装三角垫块的拱肋处涂抹胶水，并施加一定压力，使其与拱肋紧密连接，不致因受力而滑落，同时应保证三角垫块顶部水平。在三角垫块上安装上吊点，上吊点孔位与下吊点孔位保持在同一铅垂线上。4.3 旧吊杆拆除

凿除旧吊杆的封锚混凝土，直至露出锚垫板。考虑到桥下河道通航，为便于施工，将上吊点作为临时吊杆的张拉端。4根临时吊杆用4台千斤顶同步张拉，每根吊杆受力相等，且总和为设计索力的1/12，使临时吊杆先承担部分恒载，上下吊点与拱肋、横梁贴紧。割除吊杆外的护管，按8根一批，分批割断原吊杆钢丝。每割断一批钢丝前，临时吊杆加载设计索力的1/12。原吊杆钢丝全部割断后，4根临时吊杆的张拉力总和应达到设计索力。

原吊杆钢丝全部割断后，先抽出中央的钢丝，再由内向外依次抽出已被割断的钢丝。此法适用于墩头锚钢丝的拆除，对于自制冷铸墩头锚钢丝的拆除有一定困难。由于原吊杆制作工艺资料缺失，因此可选取其中一根钢丝试抽拔。钢丝拆除完毕后，对原有锚垫板和导管进行除锈。4.4 新吊杆安装

原锚垫板除锈后，将导管接长至设计标高；然后将拱肋内割断的钢筋用单面焊搭接，并布置钢筋网；接着设

2017年5月

置模板灌入混凝土，待混凝土强度达到设计要求后，安装新锚垫板。

新锚垫板安装后，再进行一次吊杆力转换：采用逐级加载的方式，先对新吊杆加载1/12的设计索力（不使其松弛）；然后逐级减小临时吊杆力，同时张拉新吊杆，并使卸载的临时吊杆力等于加载的新吊杆力，直至将所有临时吊杆力全部转移到新吊杆上。加、卸载的步长可控制为设计索力的1/12。这一过程，需监控吊杆位置桥面标高，使其变化控制在3mm以内。

借鉴以往下承式拱桥的施工经验，吊杆安装的顺序为2（8）-4（6）-3（7）-1（9）-5号吊杆，共9次逐根对称张拉。

4.5 吊杆防腐处理

钢绞线外涂防锈油脂，单根聚乙烯护套防护，整束高强聚脂带再挤包聚乙烯护套，三层防腐。为确保拉索端部防水、防锈，将下预埋管伸出结构70～100mm，上预埋管在拉索安装前务应做好防锈处理。锚头穿入预埋管前，在表面涂抹80℃环境下不流淌的防腐专用油脂。

5 结束语

按照上述设计方案和施工流程，该系杆拱桥已顺利实现吊杆更换。更换后，桥面未出现裂缝，各吊点位置桥面标高满足要求，吊杆受力均匀，达到设计要求。现将几点经验总结如下，以供类似工程参考：

（1）吊杆更换时注意临时兜吊系统的选择，不同的兜吊系统，对拱肋有不同的影响。

（2）吊杆更换应确定合理的施工顺序，以确保更换后的吊杆索力均匀、对称。

（3）吊杆更换过程，需经历两次索力转换，施工中应确定合理的分级次数及步长，以确保施工的顺利和结构的安全。

（4）更换过程中，应注意对兜吊系统和桥梁结构的检查，并对控制点变形进行全程监控。参考文献：

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工工艺[J].住宅与房地产,2016,(3):183+197.[4]张宇,李磊磊,夏至.常熟市虞新线南桥吊杆更换设计研究[J].

中外公路,2015,(2):156-160.作者简介：陈建华（1982-），男，工程师，研究方向：桥梁设计工作。