某城市人行天橋加固施工監測與控制

郭利勇

1 人行天橋概況

綿陽市鐘鼓樓人行天橋(富臨橋)建于1997年,為一座十字交叉獨塔斜拉橋,塔柱為鋼管混凝土結構,鋼管采用A3鋼制作,內灌注40號混凝土。拉索共12根,采用A3鋼制作,外套不銹鋼管,縫隙內填環氧砂漿。縱梁、梯柱和梯道均采用30號混凝土澆筑。橋梁2個方向全長47.7 m,橋寬4.5 m。設計人群荷載4 kN/m2;抗震設防烈度6度。

2 原橋的主要病害

富臨橋運營至今已10余年,2008年,“5?12”汶川特大地震對四川及鄰近省市造成重大破壞,為了解地震對橋梁的影響,綿陽市城市建設管理處委托交通部公路科學研究所對其進行了有關震后檢測,并對其承載力進行鑒定,出據了《綿陽市鐘鼓樓人行天橋(富臨橋)震后監測評估報告》。結論如下:

汶川地震對綿陽市富臨人行天橋造成了輕微的損壞,個別梁端發生混凝土擠壓剝落、局部出現漏筋、油毛氈墊層甩出等現象。

1)橋面系:橋面鋪裝瓷磚多處出現破損和缺失。伸縮縫普遍存在橡膠老化、雜物堵塞和滲水等現象。2)上部結構:兩方向主梁和梯道出現不同程度的開裂,主梁裂縫分布尤其密集,部分裂縫寬度達到0.2 mm。全橋牛腿普遍存在向下延伸的斜裂縫、油毛氈墊層老化、滲水和梁端部主梁擠壓破壞等現象,斜裂縫寬度大部分小于0.1 mm。梯道、主梁的混凝土強度均滿足設計要求。3)下部結構:全橋橋墩表現無可見病害。全橋支座存在一定老化現象。4)主塔和拉索:鋼管混凝土外皮涂料剝落嚴重,鋼管銹蝕嚴重。拉索在主塔錨頭附近普遍存在銹蝕、鋼套管破裂等現象。5)各控制截面承載力滿足最不利荷載組合的要求。

3 維修加固施工監測的目的與內容

3.1 施工控制的目的

施工監控和施工緊密結合,相輔相成,直接服務于橋梁加固、改造施工的全過程。橋梁維修加固施工中受到的影響因素多,為了確保全橋在維修加固前后過程中結構受力和變形始終處于安全的范圍內,且加固維修后全橋的線形符合設計要求,結構恒載受力狀態接近設計期望,在全橋加固維修過程中進行嚴格的施工控制是必不可少的。必須在施工中通過采用先進的監測手段掌握結構的實際情況、采集所需要的參數,通過控制分析、計算,誤差分析,優化調整施工工序,以滿足設計的要求。

3.2 施工控制的內容

1)復核設計內力狀態。橋梁的施工控制工作應該是在橋梁施工過程安全的情況下進行的,因此首先根據設計文件對橋梁進行結構計算分析,驗證橋梁在常規荷載以及確定的施工方案和施工荷載下的結構安全性,并對設計提供的斜拉索初張力進行校核,以確保施工安全,同時為現場監測、危險預告提供預警控制值,這一點對確保結構施工過程中的安全是非常重要的。

2)斜拉索索力監測。斜拉索索力測量是監測斜拉索實際索力狀態的一個重要手段,索力測量的準確與否直接關系到主梁的內力及線形、主塔偏位,甚至影響施工安全,是反映全橋內力狀態的重要指標,因此在施工中必須確保索力測量的準確性。

拉索索力測量貫穿于橋梁加固的全過程,并通過張拉過程實時測量控制張拉力及鎖錨后的實際張力,掛新索、拆舊索和新索張拉時應同時監測其他拉索的索力值,并結合該狀態給出最佳的后續索力調整值。

4 維修加固施工控制的原則與方法

4.1 施工控制方法概述

橋梁維修加固施工時,結構必須經歷一個復雜的施工過程。對施工過程中每個階段進行詳細的變形計算和受力分析,是施工控制中最基本的內容。橋梁施工控制的目的就是確保施工過程中結構的可靠度和安全度,保證橋梁加固后受力狀態及橋面線形基本符合設計要求。為了達到維修整治施工控制的目的,首先必須通過施工控制計算來確定橋梁結構施工過程中每個工況在受力和變形方面的理想狀態(施工工況理想狀態),以此為依據來控制施工過程中每個工況的結構行為,使最終橋梁線形和受力狀態滿足設計要求。

4.2 維修施工控制一般原則與方法

1)控制原則。維修加固施工控制的目的是通過對施工過程的監控,適時調整、修正所有影響其目標實現的因素,保證橋梁施工過程安全和維修加固目標的實現,確保加固完成后結構受力和線形滿足設計要求。a.受力要求。斜拉索拉力是反映斜拉橋受力的主要因素之一,施工中應實時監測索力變化。b.線形要求。線形主要是橋面的標高,維修加固后橋面的標高要滿足設計標高的要求。

2)控制方法。橋梁加固、改造的施工控制是一個預告—量測—識別—修正—預告的循環過程。施工控制的要求首先是確保施工中結構的安全,其次是保證結構的內力合理和線形平順。

3)富臨人行橋維修加固施工控制計算模型。

施工仿真模擬采用的軟件為大型有限元軟件MIDAS,對索塔、主梁等劃分單元,如圖1,圖2所示為各細部的有限元模擬圖。

5 維修加固施工監測與控制成果

1)斜拉橋索塔偏位對主梁受力和變形的影響極為顯著,塔頂偏位的監測是斜拉橋施工控制中控制全橋最終受力性能的重要依據。在本橋換索過程中,嚴格控制索塔塔頂的偏位,施工過程中的最大偏位小于20 mm,確保換索過程中結構的安全,最終成橋后索塔的偏位小于5 mm,滿足設計要求。2)實測應變值、應力值與理論計算值基本一致,且實測應力變化值在規范限值范圍內,在換索期間沒有發現異常,索力變化與設計預測變化情況基本吻合。3)根據富臨橋(人行天橋)的結構與施工特點,建立了適合斜拉橋的數學和物理模型,并采用MIDAS/Civil專用有限元軟件建立了富臨橋的有限元模型,使計算機技術與施工控制方法有效的結合起來,為富臨橋(人行天橋)的維修加固施工控制提供了有效的技術支撐。4)測試期間,部分地方堆積有大量荷載,當堆積荷載去除后,必然對堆積區域內拉索索力產生極大的影響,因此,建議在二次張拉前,清除橋上集中堆積的重物,確保索力測試的準確性。5)強有力的施工監控組織管理系統是最終實現施工監控目標的重要保證,通過富臨橋(人行天橋)維修加固整治工程實踐,證明了本監控是成功的,監控的理論與方法及其組織管理系統是正確的,它具有較強的實用性和推廣應用價值。

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