懸索橋評估加固設計研究
2018-01-22
上世紀七十、八十年代起，國內(nèi)陸續(xù)修建了一批懸索橋，主要用于風景旅游區(qū)、交通不便的山區(qū)以及一些特殊工程。這類結(jié)構(gòu)運營至今大多已有二二十年的時間。近年來，隨著荷載等級的不斷提高和自然環(huán)境的不斷侵蝕，為了確保此類橋跨結(jié)構(gòu)的安全運營和適應新的荷載等級，需對橋跨結(jié)構(gòu)進行評估，必要時還要進行加固。同國外相比，我國此類橋梁結(jié)構(gòu)起步較晚，對其養(yǎng)護維修、評估、加固等方而也缺乏相應經(jīng)驗。本文總結(jié)了這類懸索橋評估中涉及到的具體問題，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)剛度等問題，并做了詳細分析，同時歸納了主纜、主梁、索塔、橋而板以及錨桿等的加固方法。
1懸索橋評估研究
1.1主纜工作性能評估
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，它的準確評估顯得尤為重要。這里從影響其性能的二個關(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，進行了詳細分析并給出了相應的措施。(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對策總結(jié)如下，①采用原先纜架設時測定的實際彈性模量，不考慮纜繩新舊程度的影響。方法簡單而且是其他兩種方法的基礎，但直接用它來進行結(jié)構(gòu)的分析精度不高。②先用架設時測定的實際彈性模量進行結(jié)構(gòu)的試算再根據(jù)實測的線形進行反復修正直至與真實線形吻合。（2）成橋狀態(tài)荷載的確定，在對懸索橋進行評估計算中，確定其成橋狀態(tài)荷載總的對策是要“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)，相應的荷載是自重加上二期恒載。然而對于其他用途的橋梁，要具體問題具體分析，有些情況下活載也應計入成橋時的荷載。（3）主纜安全系數(shù)與超載問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)所用材料來確定。根據(jù)相應規(guī)范的要求，鋼絲繩主纜安全系數(shù),不應低于3.0，高強鋼絲主纜不應低于2. 5。結(jié)構(gòu)要超載的話，為滿足主纜安全系數(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)定性評價
中小跨鋼析懸索橋由于對使用功能要求不高，往往不需要像公路懸索橋那樣很寬的橋面。主要評估方法如下：（1）渡水或礦用，應注意荷載的沖擊系數(shù)，部分帶有抗風索但不用考慮由于荷載偏載而帶來的鋼桁架扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)問題。（2）輸送管道(管線)懸索橋，應驗算結(jié)構(gòu)的整體性需考慮由十荷載偏載而帶來的鋼衍架扭索橋穩(wěn)定和局部穩(wěn)定轉(zhuǎn)失穩(wěn)問題
1. 3結(jié)構(gòu)整體剛度的判定
在結(jié)構(gòu)動力分析中，通過初始模型得到的計算值與通過試驗獲得的測量值間往往存在偏差，為了能夠較為精確地分析結(jié)構(gòu)的動力響應，準確了解依據(jù)結(jié)構(gòu)的實測信息修正初始有限元模型是非常有必要的。在動力分析時，一些重要的橋梁附屬結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)的剛度貢獻是很大的，有時候為了得到結(jié)構(gòu)的實際動力特性，有必要將附屬結(jié)構(gòu)的剛度考慮進來。
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行更換。在國內(nèi)，懸索橋主纜更換或新增尚未出現(xiàn)，而且相應規(guī)范建議懸索橋主纜不宜更換或加強，主纜或錨定承載能力不足時可降低荷載等級使用。（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)來替換沉重的混凝上橋面板，新橋面板沿主跨全長連續(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，從而對它進行了加固。這樣結(jié)構(gòu)恒載大幅減小，同時也能適當與增加的活荷載相抵消。但是這種方法對超載比例不是十分大的情況效果較為明顯，而對于針對荷載等級提高的加固情況影響較小。（4）預應力錨桿是由錨頭、預應力筋、錨固體組成，利用預應力筋自由段(張拉段)的彈性伸長，對錨桿施加預應力，以提供所需要的主動支護拉力的錨桿。加固時，保留原來錨碇，并對其進行加固，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作為錨桿。鋼絞線的一端通過鉆眼錨固于混凝上胸墻中(錨桿)，另一端錨固于錨碇上。同時沿橫橋向設置一定數(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估中可能存在的問題并給出了相應的對策，為這類懸索橋的評估分析提供了參考。（2)針對鋼桁架懸索橋各部件的維修加固，提出了相應的加固方法，有助于進一步完善相關(guān)規(guī)范。
