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大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术
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,陈志敏１,阮荣涛１,
(中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司,湖北武汉４１．３０２０５;)桥梁结构健康与安全国家重点实验室,湖北武汉４２．３００３４
)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,摘 要:郧县汉江大桥为(每塔两侧各布置２×２斜拉８６＋４１４＋８６５根斜拉索.检测发现:索索力和设计理论状态误差较大,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件.为确保桥梁结构的长期安全,结PE护套损伤,(合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、低应力全防腐索体、全防水PESHD),结构等多项技术]替换全桥旧斜拉索.斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换.有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求.换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整.通过优化施工工艺,长索单塔换完后,将２个点４根索同时更换,,换索工期降低到１极大地缩短了施工工期.２０d中图分类号:U４４８．２７;U４４５．７１
关键词:地锚式斜拉桥;斜拉索;镀锌平行钢丝;更换
文献标志码:A
()文章编号:１６７１－７７６７２０１９０１－００８１－０６
１ 工程概况
郧县汉江大桥是我国在２０世纪９０年代初期设
[]
的２全桥索力总误差为２．４％,６９５％２.２０１４年９３]月,对该桥进行技术状况检测及综合评定,报告[显
计、建成的主跨４００m以上的特大型斜拉桥之一.)m大桥全长６跨度布置为(０１m,８６．８＋４１４＋８６．８岸地锚式桥台长均为４采用１内填砂３m,６个箱室(每塔两侧各布置２×２呈双索面半扇形５根斜拉索,密索体系布置.主梁跨中设置１个能抗弯、剪、扭的
１]
.无轴力中间铰[
示全桥９１％的斜拉索PE护套出现了不同程度的损伤,内部钢丝部分锈蚀严重,下锚头也有不同程度的锈蚀现象,依据规范要求,按照桥梁主要部件最差的缺损状况评定,该桥斜拉索系统属于四类部件,故将该桥总体技术等级评定为四类.
随着经济的发展以及大桥收费站的取消,郧县汉江大桥今后的交通量会有较大的增长,大量重车、
]４Ｇ５
.根据检测结果,超重车的通过也不可避免[现有
(),见图１桥面行车道宽９m,桥梁全宽１５．６m.两
,卵石)以平衡背索传来的万吨上拔力与不平衡力.
斜拉索大部分荷载比值超过０．锈蚀严重,存在很４,«(/、公路斜拉桥设计细则»JTGTD６５－０１－２００７)中的要求,结合该桥斜拉索体系实际情况,对郧县汉索体外防护及减振措施.２ 斜拉索更换施工方案２．１ 新斜拉索规格
明高密度聚乙烯塑料(在严格的质量控制条件PE)
原桥斜拉索采用热挤P已有的试验证E护套,大的安全隐患.为确保桥梁结构的长期安全,依据«(/)大跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索»TJT７７５－２０１０江大桥全桥斜拉索进行更换,同时做好斜拉索防护、
１５１、LRPC５－１８７、LRPC５－２４１、LRPC５－３０１、
).２检测发LRPC５－３５５、LRPC５－４０９００２年８月,现:大桥斜拉索的索力已经和设计理论状态有了较大的误差,最大索力误差甚至达到５索力误６．８％,差超过５％的斜拉索达到４占全桥斜拉索总数８根,
该桥有２共６种规格(００根斜拉索,LRPC５－
图１ 大桥立面布置示意
下及完好的大气环境中,其理论寿命最多不超过３０
收稿日期:２０１７－０４－１７
,:.作者简介:陈志敏(男,高级工程师,获学士学位(１９８２－)２００６年毕业于华中科技大学武昌分校土木工程专业,EＧmail２８７３６８７５５＠q．com)q
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６Ｇ８]
.如果P年[再加上恶劣的E材料本身存在缺陷,
()世界桥梁 ２０１９,４７１
对斜拉索更换完成.
(,长索)然后向桥塔方向前进,最后换１号斜拉索２．２．２ 有限元模型及计算结果
模型,模拟桥梁现阶段技术状况,分析桥梁全桥换索主梁、桥塔均采用梁单元,共３２００个,２６个.施工过程.全桥共划分５其中索单元２６个单元,
换索过程的增量模型按设计换索顺序模拟,综采用MIDASCivil有限元软件建立全桥有限元(.短索)
()由长索到短索的原则,即先换２３５号斜拉索
环境条件,其使用寿命将大大缩短.另外,原桥斜拉索采用未镀锌(铝)的光面钢丝.一般情况下,钢丝出现明显坑蚀后,疲劳强度显著下降(下降４０％或.对该桥斜拉索进行开窗检查,更多)发现钢丝表面有锈蚀痕迹.
计.新斜拉索采用镀锌平行钢丝、低应力PES(HD)全防腐索体、全防水结构等多项技术,加强了防腐性能和抗疲劳性能,保证了使用寿命.新斜拉索平行经研究,运用等强度换算原理进行新斜拉索设
钢丝抗拉强度标准值fpk＝１７７０MPa计强度fpk５％,＝１５７０MPa于２．弹性模量E＝)１,．１０９５０×０h最大松弛率应小(原斜拉索设１０５
跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索»(MPa
.依据«大标准,结合大桥现有斜拉索体系实际情况TJ/T７７５－,运用等强
２０１０)
等度换算原理,将原有的LLRPC５－１５１、LRPC５－１８７、
CR５P－C５４－２４１、LRPC５－３０１、LRPC５－３５５及LRＧ
规格２７、P.E０新S９更换为７、－旧斜拉索规格如表１６３、PPESE７S７－８－１８７５、及PEPSE７－１S７－０２９１１、P六种新ES７－表１ 新、旧斜拉索规格
１所示.
旧斜拉索规格新斜拉索规格旧斜拉索每索新斜拉索每索
钢丝/根钢丝/根
LLRPC５－PPES７－８５
１５１LRLRPC５－１１５８１７RPPCC５５－－２３４１PE１１０９LPES７－１０９１８５
２８１２７LRRPPCC５５－－３０４５１０５９
PESS７７－－１１２６７３４７１PEESS７７－－１２８３１７１
３０１４５０５９
１６３２８１７１
．２ 换索顺序
．２．１ 换索顺序原则
结合设计文件以及施工过程中的索力和主梁内力的变化,使换索的效应增量尽量小.确定以下换索顺序原则:
的斜拉索即使目前工作状态正常(１
)病害严重的索先换的原则,在更换其邻近斜,病害较为严重拉索时会受到应力重分布等因素的影响,索力突然增大或斜拉索内应力发生较大幅度变化,从而产生对结构安全而言难于预料的反应.因此,通过普查全桥斜拉索病害,统计病害比较严重的斜拉索编号,优先更换病害严重的斜拉索.
对称()２
、)单塔对称的顺序进行对称的原则,即按照双塔反对称,每塔一次更换同一索(上下游反号的一对索,经１００次循环换索施工后将全桥１００
合考虑索力、应力和线形等各项控制参数的增量变化,同时考虑施工荷载、温度荷载的影响,对每一根斜拉索更换每个施工阶段的变形、应力和强度进行验算,确保结构安全.主要计算结果如下.
均出现(１
)在在整个南、北换塔索１过号程索中,最,斜大拉换索索最应大力索６力９４增．５量MPa(见图２),安全系数２．２６.
８
图(２ 换索过程中斜拉索最大、最小应力云图
)２工况)主梁最大竖向变形发生在换长索,主梁跨中竖向变形(２５号斜
拉索此工况主梁上、下缘均未出现拉应力９．５５c,上缘压应力最m、９．５７cm,小值小值６．２４MPa、最大值１４．３１MPa,下缘压应力最程中１,主梁下缘均未出现拉应力．５８MPa、最大值１９．６８M,P上缘压应力最小值
a.在整个换索过４力．７０７．２M０PMa、P最大值a、最大压应力１５．０７２M０P．a
９７,主梁下缘最MPa(见图３大).拉应换南(、３
北)塔在整个c２２号换斜索拉过索程工中况,桥,塔塔顶最最大大变变形形发１生．４在７
２m．２、０１．４６c桥塔均未出现拉应力,综上所述MPa,m最大压应力;,在整个换索过程中１３．７０MPa
,.最小压应力斜拉索、主梁和P１２２大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术 陈志敏,阮荣涛
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图３ 换索过程中主梁应力
桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求. 斜拉索更换施工关键技术
斜拉索更换施工内容包括:与防护;②斜拉索更换施工平台的搭建①新斜拉索的制作
[９]
;索更换施工,旧索放张→旧索拆除→新索安装与张③斜拉
拉．１→索力调整.在此仅介绍施工关键技术.
设备布置
斜拉索换索施工中主要采用的临时施工设施有施工平台和牵引提升设备两部分.
现有设备:塔内直线段(斜拉索张拉端锚固段)除在靠岸侧沿横桥向布置有楼梯外,还利用塔内剩余空间安装了塔顶在施工时已各安装１部塔内升降平台(见图.该次换索施工需对郧县侧支架进行检修维护１个提升支架,４用于挂设斜);南、北塔拉索和改造,重新安装滑轮组、转向机构等活动部件并加固桁架结构之后即可重新利用.对十堰侧塔顶支架进行拆除重新设计安装,两侧的支架结构形式一致.
在桥下悬挂移动挂篮(见图５),主要用于拆除图４ 塔内升降平台
图５ 桥下悬挂移动挂篮
和安装下锚头锚环、下锚头清理除锈防腐、安装锚头防护罩.
在斜拉桥桥塔塔外大、小里程方向各布置塔外升降平台(见图６),全桥共４部.升降平台１部
布置在２列斜拉索索导管出口之间,用于上下游斜拉索的拆、挂索施工,即安装起吊装置和配合穿索入索
导管.挂篮与其侧面斜拉索临时连接作为保险.图６ 塔外升降平台
３３８４
３．２ 旧索放张
该桥梁端为固定端,塔端为张拉端.在旧索放张前,利用塔外吊篮拆除对应索号的减振器,利用梁下施工平台和塔内升降平台拆除塔内要放张旧索锚头上的防水罩,清理锚头防腐油脂,利用塔内升降平台在塔内相应索号锚头处安装放张设备.考虑结构安全,为保证塔、梁均衡对称受力,放张时一般要求成对进行.按频谱法测得的索力为依据,双塔先反对称、单塔对称同时进行斜拉索分级放张.卸索以斜拉索索力和锚头回缩量双控,每级１~５cm同步()世界桥梁 ２０１９,４７１
放松(具体数值按分级索力减小的对应回缩量确定).放松时密切注意两侧松张的索力,变形保持同步,以保证桥塔两侧不产生偏载,受力平衡.分级张拉斜拉索至锚固螺母相对锚垫板将动未动时的启动索力,记录启动索力值,记录放张时安装压力传感器的读数,并与频谱法测得的索力值进行校核,精准观测斜拉索索力.同时对梁体应力进行观测,确保结构安全.
．３ 旧索拆除
长索索力较大,放张行程长,采用钢绞线软牵引方法将塔端锚头放出索导管[见图力较小,放张行程短,拆除时采用硬牵引将塔端锚头７(a)].短索索放出索导管[见图上端口４~６m处７安(b装)]哈;在斜拉索上距梁端索导管弗夹,连接到卷扬机牵引系统,利用桥面助牵引,将斜拉索锚头从塔端放出８t提升卷扬机、塔顶,结合桥面放索小５t卷扬机辅车和牵引卷扬机匀速缓慢将旧索下放到桥面.梁端旧索锚头采用卷扬机配合吊机拆除[见图(７(c)、图．d４) ],新索安装与张拉
长索和短索拆除方法一致.后通过汽车(１
)新斜拉索展索运到工地存.索成品斜拉索出厂检验合格场存放.利用５０t汽车吊机将成盘斜拉索放置在桥面放索盘上.起吊索盘前注意检查确认下锚头锚杯在索盘的上方.成盘斜拉索起吊时至少平衡设置装带.用汽车吊挂软吊带吊起锚头３个吊点,使用专用的吊,放在展索滑车上,利用卷扬机牵引展索滑车行走带动展索器索盘转动,将索体展出,索体从展索器上每放出在索体下放安置抄垫５mm厚橡胶板的单４轴~小５m车,,推送锚头至桥塔下方[见图拉杆及哈弗夹,连接至塔顶提升系统８(a)].安装内衬套.
、张索上锚头提升至塔外相应索导管处(２
)新斜拉索安装.利用塔顶提升系统将斜拉,利用塔顶牵引卷扬机配合将斜拉索上锚头穿入索导管,并临时锚
图７ 旧索牵引及放张
固.利用吊机起吊下锚头配合桥面牵引卷扬机将下锚头牵引进索导管[见图于长索较重,梁端牵引力较大８(b),]需要在塔端安装软牵,安装锚固螺母.由引,将上锚头下放一段距离,以减小梁端牵引力[
１０]
.拉.(每一级按索３
)新斜拉索力张张拉拉.完斜并拉持索压分伸长量记录,作为校核[
１１
].５级min同,步同对时称做张好．５ 索力调整
与设计、监控协商,编制专项施工监控方案,在施工前选取相对稳定、标高或平面坐标不易发生变化的点作为测量基准点,建立相对平面和高程坐标体系,以利施工过程中的线形监控.在进场后换索施工前,对全桥拉索上下锚点坐标２００根斜拉索索力和主梁标高(含斜)进行一次复测,以此作为施工监控及确定最终索力的依据.索力通测在拆除旧索两端减振器之后进行,使用频谱法测量索力,斜拉索张拉前后,必须对桥梁和桥塔的应力和变位进行监控,对更换索号邻近的５对索的索力与标高进行监测,测量索力时应在温度均匀时进行(一般情况应在晚上进行)
.更换完成后使用频谱法对更换索号邻近的设计值的５对索的索力与标高进行监测,调索索力偏差按±３％控制,超过控制范围的斜拉索索力进
３７３３大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术 陈志敏,阮荣涛
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４ 结 语
郧县汉江大桥为地锚式预应力混凝土斜拉桥,
根据大桥现有斜拉索体系实际情况,对全桥斜拉索进行更换.新斜拉索采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术,加强了斜拉索防腐性能和抗疲劳性能.通过优化施工工艺,长索单塔换完后,将换２个点４根索同时更换,,索工期降低到１极大地缩短了施工工期,达到２０d快速换索的目标.实践表明,换索过程中各项控制指标与理论计算相符,全部斜拉索更换完成后,对全桥索力复测发现仅部分斜拉索索力需再次调整,避免大范围的调索.参 考 文 献:
[]陈志敏,陈 诚．大跨度地锚式斜拉桥无轴力中间铰维１
[]湖北省交通规划设计院股份有限公司．湖北省郧县汉江２
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[]王海良,谢佳飞．某大桥斜拉索病害原因分析及建议５
图８ 新斜拉索展开及安装
[]张卓杰,王荣辉,甄晓霞,等．平行钢绞线斜拉索索力测６
[]李 鸥,侍 刚,王 波,等．运营期桥梁斜拉索的技术７
[]马 明．桂丹立交特大桥主桥桥式方案研究[]８J．铁道[]张新军,姚 美．大跨度部分地锚式斜拉桥抗风稳定性９
[]吴小斌,杜 俊,李东辉．九江二桥平行钢丝斜拉索牵１０
[]左宏献,张士轩,付 东．黄冈公铁两用长江大桥斜拉１１
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,行相应调整(利用千斤顶张拉、放张)直至符合设计要求.
３．６ 换索工期
根据设计文件换索顺序,每次只能１个点２根,索同时更换施工,全桥２无法００根斜拉索需２００d满足７个月完成总工期的目标要求.通过优化施工工艺并与设计单位沟通,在２１号~２５号长索单塔换完的情况下,开始２个点４根索同时更换,即２个,塔柱斜对角同时更换,将换索工期降低到１极２０d大地缩短了施工工期.
CableRelacementTechniuesforLonＧSanpqgp
EarthＧAnchoredCableＧStaedBrideyg
(,,,W１．WuhanBrideSecialTechnoloo．Ltd．ChinaRailwaaorBrideEnineerinrouuhangpgyCyMjgggGp
１２
CHENZhiＧmin１２,RUANRonＧtaog,
,
;,Wu)４３００７４,China２．StateKeaboratororHealthandSafetfBrideStructureshan４３００３４,ChinayLyfyog
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()世界桥梁 ２０１９,４７１
:AbstractTheHanianiverBrideinYunCountisanearthＧanchoredprestressedconcretejgRgy
,cableＧstaedbridewithsansof８６,４１４and８６m．Toeachsideoftheplonanumberof２×２５ygpy
,steelwireswassevereandthestaablesstemwasclassifiedtothefourthgradeofdeterioraＧycy
,tion．ToensurethelonＧtermsafetfthebridestructurealltheoriinalstaablesofthegyoggyc
staablesaretensioned．Theinsectionsfoundthatthereexistedbiifferencebetweenthestaycpgdy,,cableforcesandthedesinedtheoreticalforceconditionsPEsheathshaddamaescorrosionofgg
,,ThenewstaablesadotthegalvanizedparallelsteelwiresandthetechniueslikePES(HD)ycpq
,lowstressandfullorrosionＧrotectedsstemandfullaterroofstructureareused．ThereＧycpyywpandproceedinfromlonablestoshortcables．Thefiniteelementresultsshowthatthestructuralggc
,,deformationstressesandstrenthofstaablesmaingirderandplonscheckeddurinthecablegycyg,blesinstallationandtensionintonewcableforcetunin．TheconstructiontechniueswereotiＧggqp,,mizedoncetherelacementoflonablesinthesinleplonwascomletefourcablesattwopgcgyp,ointswererelacedinparallelshortenintherelacementscheduleto１２０dandgreatleducinppgpyrg
bridemustberelaced．Inaccordancewiththedeteriorationconditionofthestaablesstemofgpycy
,thebridethenewstaablesweredesinedfollowinheeualintensitonversionprincile．gycggtqycp,lacementseuenceofstaablesfollowstheprincileofrelacinhedeterioratedcablesfirstpqycppgt
,,smmetricalrelacementforsinleploninverselmmetricalrelacementfordoubleplonsypgyysypy
relacementprocesscouldmeetthecodereuirements．Thecablerelacementconstructionfollowspqp
,theprocedurefromdeＧtensioninforiinalcablesthrouhoriinalcablesremovinndnewcaＧgogggga
theconstructiontime．
:;;;KeordsearthＧanchoredcableＧstaedbridestaablealvanizedparallelsteelwirereＧygycgywlacementp
(编辑:陈 雷)
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