懸索橋評(píng)估加固設(shè)計(jì)研究
2018-01-22
上世紀(jì)七十、八十年代起，國(guó)內(nèi)陸續(xù)修建了一批懸索橋，主要用于風(fēng)景旅游區(qū)、交通不便的山區(qū)以及一些特殊工程。這類(lèi)結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)至今大多已有二二十年的時(shí)間。近年來(lái)，隨著荷載等級(jí)的不斷提高和自然環(huán)境的不斷侵蝕，為了確保此類(lèi)橋跨結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)和適應(yīng)新的荷載等級(jí)，需對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)還要進(jìn)行加固。同國(guó)外相比，我國(guó)此類(lèi)橋梁結(jié)構(gòu)起步較晚，對(duì)其養(yǎng)護(hù)維修、評(píng)估、加固等方而也缺乏相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)。本文總結(jié)了這類(lèi)懸索橋評(píng)估中涉及到的具體問(wèn)題，包括如何分析主纜工作性能、鋼桁架穩(wěn)定性能以及整體結(jié)構(gòu)剛度等問(wèn)題，并做了詳細(xì)分析，同時(shí)歸納了主纜、主梁、索塔、橋而板以及錨桿等的加固方法。
1懸索橋評(píng)估研究
1.1主纜工作性能評(píng)估
懸索橋的主要受力構(gòu)件為主纜，主纜的工作性能直接影響到了全橋結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，它的準(zhǔn)確評(píng)估顯得尤為重要。這里從影響其性能的二個(gè)關(guān)鍵性方而，即主纜彈性模量取值、成橋狀態(tài)荷載的確定以及主纜安全系數(shù)的選取，進(jìn)行了詳細(xì)分析并給出了相應(yīng)的措施。(1)主纜彈性模量的確定，懸索橋的主要受力構(gòu)件是主纜，主纜彈模取植的相應(yīng)對(duì)策總結(jié)如下，①采用原先纜架設(shè)時(shí)測(cè)定的實(shí)際彈性模量，不考慮纜繩新舊程度的影響。方法簡(jiǎn)單而且是其他兩種方法的基礎(chǔ)，但直接用它來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析精度不高。②先用架設(shè)時(shí)測(cè)定的實(shí)際彈性模量進(jìn)行結(jié)構(gòu)的試算再根據(jù)實(shí)測(cè)的線(xiàn)形進(jìn)行反復(fù)修正直至與真實(shí)線(xiàn)形吻合。（2）成橋狀態(tài)荷載的確定，在對(duì)懸索橋進(jìn)行評(píng)估計(jì)算中，確定其成橋狀態(tài)荷載總的對(duì)策是要“因橋而宜”。公路橋梁的成橋狀態(tài)一般指的就是二期鋪裝后的狀態(tài)，相應(yīng)的荷載是自重加上二期恒載。然而對(duì)于其他用途的橋梁，要具體問(wèn)題具體分析，有些情況下活載也應(yīng)計(jì)入成橋時(shí)的荷載。（3）主纜安全系數(shù)與超載問(wèn)題懸索橋的加固或改造必須確保主纜有足夠的安全系數(shù)，其取值要根據(jù)所用材料來(lái)確定。根據(jù)相應(yīng)規(guī)范的要求，鋼絲繩主纜安全系數(shù),不應(yīng)低于3.0，高強(qiáng)鋼絲主纜不應(yīng)低于2. 5。結(jié)構(gòu)要超載的話(huà)，為滿(mǎn)足主纜安全系數(shù)的要求，一般有下述兩種方法可以處理：①采用荷載置換法，更換橋而板或渡槽使之荷載與增加的活荷載相抵消，適用于超載比例不是很大的情況。②更換主纜或增大主纜截面，適用于荷載等級(jí)提高幅度較大，或主纜存在安全隱患的情況。
1.2鋼桁梁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
中小跨鋼析懸索橋由于對(duì)使用功能要求不高，往往不需要像公路懸索橋那樣很寬的橋面。主要評(píng)估方法如下：（1）渡水或礦用，應(yīng)注意荷載的沖擊系數(shù)，部分帶有抗風(fēng)索但不用考慮由于荷載偏載而帶來(lái)的鋼桁架扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)問(wèn)題。（2）輸送管道(管線(xiàn))懸索橋，應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體性需考慮由十荷載偏載而帶來(lái)的鋼衍架扭索橋穩(wěn)定和局部穩(wěn)定轉(zhuǎn)失穩(wěn)問(wèn)題
1. 3結(jié)構(gòu)整體剛度的判定
在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，通過(guò)初始模型得到的計(jì)算值與通過(guò)試驗(yàn)獲得的測(cè)量值間往往存在偏差，為了能夠較為精確地分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，準(zhǔn)確了解依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)信息修正初始有限元模型是非常有必要的。在動(dòng)力分析時(shí)，一些重要的橋梁附屬結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)是很大的，有時(shí)候?yàn)榱说玫浇Y(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力特性，有必要將附屬結(jié)構(gòu)的剛度考慮進(jìn)來(lái)。
2加固措施
?。?）主纜加固：目前，懸索橋主纜的加固方法有更換主纜、新增主纜和新增斜拉索等方式。其中，主纜的更換存在的最大問(wèn)題是主纜是永久性錨固在錨旋里而的，不像斜拉橋的斜拉索在失效后可以很方便地進(jìn)行更換。在國(guó)內(nèi)，懸索橋主纜更換或新增尚未出現(xiàn)，而且相應(yīng)規(guī)范建議懸索橋主纜不宜更換或加強(qiáng)，主纜或錨定承載能力不足時(shí)可降低荷載等級(jí)使用。（2）提高主梁剛度：鋼桁梁懸索橋加勁梁由鋼桁架和橋面系組成。鋼桁架由主桁、橫聯(lián)及平聯(lián)組成。鋼桁梁懸索橋主梁加固主要分為局部加固以及整體加固兩種。（3）更換橋面板：為了減輕懸吊系統(tǒng)和橋塔的荷載，可采用正交異性鋼橋而板等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)替換沉重的混凝上橋面板，新橋面板沿主跨全長(zhǎng)連續(xù)，這樣可以去掉板間接頭。邊跨橋而板將與桁架聯(lián)合受力，從而對(duì)它進(jìn)行了加固。這樣結(jié)構(gòu)恒載大幅減小，同時(shí)也能適當(dāng)與增加的活荷載相抵消。但是這種方法對(duì)超載比例不是十分大的情況效果較為明顯，而對(duì)于針對(duì)荷載等級(jí)提高的加固情況影響較小。（4）預(yù)應(yīng)力錨桿是由錨頭、預(yù)應(yīng)力筋、錨固體組成，利用預(yù)應(yīng)力筋自由段(張拉段)的彈性伸長(zhǎng)，對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力，以提供所需要的主動(dòng)支護(hù)拉力的錨桿。加固時(shí)，保留原來(lái)錨碇，并對(duì)其進(jìn)行加固，加固部分混凝上與原錨碇之間采用植筋連接，錨碇普通鋼筋采用植筋辦法與原橋的混凝上胸墻結(jié)合為一體。為了保證加固后錨碇整體穩(wěn)定性，防止錨碇發(fā)生傾覆，錨碇中用普通鋼絞線(xiàn)作為錨桿。鋼絞線(xiàn)的一端通過(guò)鉆眼錨固于混凝上胸墻中(錨桿)，另一端錨固于錨碇上。同時(shí)沿橫橋向設(shè)置一定數(shù)量鋼筋，保證新澆混凝土與原錨碇混凝上的連接牢固。
3結(jié)論
（1)本文分析了鋼桁架懸索橋在評(píng)估中可能存在的問(wèn)題并給出了相應(yīng)的對(duì)策，為這類(lèi)懸索橋的評(píng)估分析提供了參考。（2)針對(duì)鋼桁架懸索橋各部件的維修加固，提出了相應(yīng)的加固方法，有助于進(jìn)一步完善相關(guān)規(guī)范。
