第１０卷第３期 ２０１３年６月 现代交通技术 Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ．１Ｏ ＮＯ．３ Ｊｕｎ．２０１３ 钢管系杆拱桥吊杆更换施工监控 范 琴 ，柏 平 ，温天宇 ，项宏亮 （１．江苏省南通市公路管理处，江苏南通２２６００１；２．江苏省交通规划设计院有限公司，江苏南京２１０００５） 摘要：南通丁堡河大桥为铜管系杆拱桥，文章以该桥更换吊杆施工监控为例，通过有限元计算，对其吊杆更换过程 中应力、索力和变形的全过程进行监测，提出监控要点，以供类似工程参考。 关键词：系杆拱桥；吊杆更换；施工监控 中图分类号：Ｕ４４５．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２～９８８９（２０１３）０３—００３７—０４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｕｌａｒ Ｔｉｅｄ・Ａｒｃｈ Ｂｒｉｄｇｅ Ｆａｎ Ｑｉｎｇ ，Ｂａｉ Ｐｉｎｇ ，Ｗｅｎ Ｔｉａｎｙｕ。，Ｘｉａｎｇ Ｈｏｎｇｌｉａｎｇ （１．Ｎａｎｔｏｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６００１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｔｏｎｇ Ｄｉｎｇｂａｏ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ａ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｂｏｗｓｔｒｉｎｇ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ＳＵＳ— ｐｅｎｄｅｒｓ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ，ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｉｎ ｓｕｓｐｅｎｄｅｒｓ ｒｅ— ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ＦＥＭ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 系杆拱桥以其跨度大、桥型美观、建筑高度小、 造价低的优点，在内河航道升级改造中倍受青睐， 目前江苏３级以上航道桥梁大多采用该类桥梁。 灌４０号微膨胀混凝土；系粱采用预应力混凝土构 件，截面高１．７ ｍ，宽１．２ ｍ；全桥共３２根吊杆，每 侧１６根，吊杆间距４ ｉｎ，吊杆截面采用９１ ５钢丝 束；桥面系由凸型预应力混凝土横梁和钢筋混凝土 桥面板组成；全桥共设４道风撑（２道Ｋ撑和２道一 字撑）。 吊杆是系杆拱桥的关键受力构件，其质量至关重 要，而由于缺乏有效的吊杆锈蚀检测方法和手段， 给养护带来很大困维。早期建造的一些系杆拱桥 吊杆存在不同程度的锈蚀病害，吊杆更换的安全性 值得高度关注，施工监控是保证吊杆更换过程安全 和结构受力安全的有效技术措施 Ｊ。 １ 工程概况 ２０１１年桥梁专项排查发现该桥吊杆ＰＥ外保护 层老化，普遍存在环状裂纹，其中右侧９＃、１０＃吊杆 ＰＥ外保护层断裂；吊杆底部锚固防护罩内普遍积水 严重，吊杆内钢丝冷铸墩头锈蚀。为此，对吊杆底 部锚固区钢丝采取止水防锈处理，修复吊杆外 护套。 丁堡河大桥建成于２００１一Ｏｌ，全长８６．Ｏ０ ｍ，全 宽１７．２ ｍ，双向４车道，设计荷载：汽车＿２０级，挂 经相关技术人员现场查勘，将吊杆外保护层局 车一１００。桥下通航净空：净宽５０ ｉｎ、净高５ ｉｎ，桥 型布置如图１、图２所示。上部结构采用１跨７０ ｉｎ 钢管混凝土系杆拱，矢跨比为１：５，拱轴线采用二次 抛物线。钢管混凝土拱肋由２个ｑ￣７００ ｍｍ× １０ ｍｉＤ．钢管和１０ ｉｎｎ厚缀板连接成哑铃形截面，内 部打开，初步判断吊杆中部内钢丝包裹完好，无漏 水、无锈蚀现象。因无法通过无损检测手段了解吊 杆下锚头和穿入系梁部分的钢丝束锈蚀情况，为确 保桥梁运营安全，决定对丁堡河大桥先行更换４根 吊杆。吊杆更换顺序为４＃一ｌＯ｝ ＃一２＃。 作者简介：范琴（１９６２一），女，江苏南通人，工程师，主要从事公路工程养护管理工作。 ・３８・ 现代交通技术 ７ ０００ ２０１３正 ④ 图１全桥立面图 ① 个，如图５所示，系梁线形监测点共布设３２个。系 一 梁线形（变形）监测采用自动安平水准仪＋测微器， 拱肋 ｌ 焉Ｉ 精度级别ｓ１，配备使用５ｍ的铟钢尺，按二等水准测 量进行闭合测量。 睡蘸铺装层 系粱顶 Ｉ 画堑垫层 防撞护 ＩｌＩ ＩＮ Ｉ ｌ １． 卜———————— ｝＿＿ 堕十 堕—叶————————— — —”。 匿摆 １．５％五 ‘ ．耳 ． 臣＃ 。 １７０Ｉ ２ ）Ｏｌｌ７０． ４３２ Ｔ对称中心线。 ）０ｌｌ拉Ｏ ５０ ｈ上磐 桥梁中线 Ｉ 。赢 。 ｌ』ｊ —ＬＬ ’Ｌｌｊ 一 ２有限元模型 图２横断面 ｌ ：鬟器羹毳 譬形测点 图４纵桥向拱肋、系梁线形监测点 根据既有的桥梁竣工图纸、吊杆更换设计资 料，建立了相应的结构理论计算模型，对吊杆更换 过程进行仿真分析。计算模型中系梁、拱肋、风撑 等按照梁单元考虑，原桥吊杆、新吊杆以及更换过 程临时吊杆按照桁架单元建立模型，模型中桥面 板、桥面铺装等以荷载形式考虑。全桥单元总数为 ８７８个，其中梁单元５５８个，桁架单元３２０个，模型 如图３所示。 ３．１．２拱肋变形监控 在拱肋上下游的Ｌ／４、Ｌ／２、３Ｌ／４截面（图４中１ 图５横桥向系梁线形监测点 ＃、２＃、３｝｝截面）位置布设拱肋变形测点，以监测吊杆 更换施工过程中的拱肋空间变位情况，测点布设在 拱肋顶面，共布置３６０。反射棱镜６个，采用全站仪 进行实时观测。 图３更换吊杆空间计算模型 ３．２应力监测 ３吊杆更换监控 ３．１ 变形监控 通过以往测试经验和对国内元件及仪器综合 分析比较，拱肋和系梁表面外贴式钢弦应变计采用 ＪＭＺＸ一２１２Ａ型智能弦式应变传感器，具有长期稳 定性好、抗损伤性能好、焊接安装方便、埋设定位容 易及对施工干扰小等优点。 选取吊杆更换过程中受力较大的拱脚、拱肋和 ３．１．１ 系梁变形监控 系梁线形监控测点布置在纵桥向与各吊杆位 置对应，如图４所示；在横桥向每断面横向布设２ 第３期 范琴，等：钢管系杆拱桥吊杆更换施工监控 ‘３９・ 系梁的Ｌ／４、Ｌ／２、３Ｌ／４等断面作为吊杆更换施工过 程中的应力测试断面，如图６所示。拱肋上各断面 布置测点２个，分别布置于截面的顶缘和底缘；系 梁顶缘布置２个应力测点，如图７所示，共布置应力 测点２６个，测试元器件采用振弦式表面应变计。 图６应力监测断面布置示意图 图７ 拱肋与系杆断面应力测点布置图 ３．３ 吊杆索力监测 ３．３．１ 原桥恒载状态下的吊杆索力监测 原桥恒载状态下的吊杆内力是吊杆更换的目 标内力值，在吊杆更换施工前，采用标定后的千斤 顶进行张拉测定，同时利用频率法测定对应内力下 的吊杆基频，采用ＪＭＭ一２６８—１型索力动测仪。受 导管内残留的环氧砂浆摩阻力影响，千斤顶实测吊 杆索力大于理论计算值和动测法索力值。本次更 换吊杆目标索力控制以理论计算值为主，桥面线形 和实测索力值控制为辅。 ３．３．２ 临时吊杆和待更换吊杆附近吊杆内力监测 吊杆更换施工过程中，临时吊杆张拉及原吊杆 割除阶段，主要应监测待更换吊杆附近吊杆内力及 Ｉ临时吊杆内力，临时吊杆采用ｑｂ３２ ｍｍ精轧螺纹钢 筋，其内力测定主要采用千斤顶张拉读数方法，待 更换吊杆附近的吊杆内力则采用频率法测定。 因短吊杆长度较短、刚度大、受力较为复杂，在 待更换吊杆靠近短吊杆时，因短吊杆长度较短而常 会导致采用频率法实测换算所得短吊杆内力与实 际吊杆内力差异较大，因此吊杆更换施工过程中的 短吊杆内力可采用在吊杆外缘粘贴应变计方法测 定，以获得较为准确的测量结果。 ３．３．３ 新吊杆张拉及吊杆更换完成后内力监测 新吊杆张拉阶段吊杆内力测定采用频率法和 千斤顶张拉读数法共同测定，以千斤顶张拉读数法 测定结果为依据，建立新吊杆各级张拉内力和频率 的对应关系曲线。新吊杆锚固后吊杆内力测定采 用频率法，利用张拉阶段建立的张拉内力和频率对 应关系，确定新吊杆锚固后的实际吊杆内力。 ４理论值与实测值对比 ４．１ 系梁变形 原则上吊杆更换前后桥面线形保持不变即高 程不变，本文给出北侧４＃、９拌、１０＃及南侧２样吊杆更 换前后相邻吊杆处系梁高程变化（见表１）。结果表 明，更换前后桥面的高程变化基本与原桥恒载状态 下的相吻合。 表１ 吊杆更换阶段系梁标高变化 系梁位置 更换。自 ｍ更换后／ｍ变化量／ｒａｍ ４．２ 吊杆京力 南侧２＃和北侧４＃、９＃、１０＃吊杆导管内环氧砂浆 清除前后和吊杆减震器安装前后的频率法实测索 力对比相差不大，有边界约束的吊杆固有频率有所 提高。吊杆理论计算内力值见表２，吊杆更换前后 及相邻吊杆的索力变化情况见表３一表６。从表２ ～表６中可以看出４根吊杆实测值与理论计算基本 吻合，相邻吊杆实测值与理论计算值相差较小，吊 杆更换前后索力变化基本在５％以内，偏差满足设 计规范的控制要求。更换吊杆导管内填充油脂 防腐。 ４．３拱肋系梁应力 各断面应力实测值均在设计规范允许值范围 之内，实测应力值与理论计算应力值较为接近，且 变化趋势相同，其大小均在设计规范容许范围之 内，见表７。 ・４０・ 现代交通技术 ２０１３年 表３ Ｎ一２吊杆更换前后实测频率及换算内力 ５存在问题 （１）本桥原设计吊杆下锚头导管区域内防腐措 施是填充环氧砂浆，吊杆更换前下导管要清孔。鉴 于导管内环氧砂浆密实、强度高，导管下部区域限 于现有技术条件难以清除，且残留的环氧砂浆产生 的摩阻力也难以实测，故千斤顶测索力法难以真实 表４ Ｂ～４吊杆更换前后实测频率及换算内力 量测拟更换吊杆的目标内力。 （２）根据仿真计算分析，吊杆更换前需按荷载 分级预张拉，在合理分级张拉至吊杆理论计算内力 后，按每级５０ ｋＮ逐级加载，以释放吊杆锚杯和预 埋钢管间的环氧砂浆粘结力，使得吊杆锚固螺母能 够顺利与锚垫板脱离，以系杆变形和临近吊杆频率 表５ Ｂ一１０吊杆更换前后实测频率及换算内力 变化控制吊杆预张拉力上限，确保吊杆更换安全和 结构受力安全。４根吊杆更换松脱螺母的预张拉力 计算上限值和实际张拉力值如表８所示。 表８预张拉力上限值与实际张拉力值 ｋＮ 表６ Ｂ一１０吊杆更换前后实测频率及换算内力 ６结语 丁堡河大桥吊杆更换全过程经过全程有效监 控，施工完成后的桥梁结构受力状态基本恢复至吊 杆更换前的状态，满足技术规范和设计要求，可供 同类桥梁更换吊杆参考。 参考文献 ［１］赵洋．系杆拱桥吊杆更换研究［Ｄ］．杭州：浙江大 学，２００６． ［２］赵洋，焦洪波．混凝土系杆拱桥吊杆更换施工［Ｊ］．施工 技术，２０１１（９）：３３—３６． ［３］杜伯松，罗碧荣，潭聊，等．十字交叉吊杆拱桥支座更换 顶升方案研究［Ｊ］．公路交通技术，２０１２（４）：７０—７３． （收稿日期：２０１３—０２—０５） ｐ ｐ ≯ 欢迎使用《现代交通技术》在线投稿系统 《现代交通技术》杂志现已启用在线投稿系统，作者投稿请直接登录ＷＷＷ．ｘａｊｔｊｓ．ｔｏｍ，进行注册后，即可 通过用户名、密码登录系统进行投稿、查询。投稿前请参阅网站主页上的“投稿须知”和“论文格式模板”。 欢迎各位作者和读者踊跃使用《现代交通技术》在线投稿系统，并将使用过程中遇到的问题及时反馈给我 们．以便更好地为广大读者和作者服务。