鋼管砼拱橋梁吊桿更換關鍵技術
——力系轉換方案研究與荷載控制要點

舒鼎龍 李帥 楊辰

1.武漢飛虹工程管理咨詢有限公司 湖北 武漢 430083

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1 工程概況

長豐橋主橋采用中承式系桿拱橋，跨度布置為60.5+251+60.5m，主橋寬度31.9m（含吊桿區），橫向布置為：[3.45（吊桿錨固區、檢修道）+0.46（護欄）+0.5（路緣帶）+2×3.75（大車道）+3.50（小車道）+0.25（路緣帶）+0.58/2（中間護欄）]×2。主橋橋面設柔性吊桿、鋼橫梁、橋面板及平衡主拱推力的預應力系桿。舊吊桿間距6.00m，共64根，采用PES5-151 φ5鍍鋅平行鋼絲成品拉索，外包雙層PE，其標準強度R=1570MPa，兩端配置相應的冷鑄錨，上端為張拉端，錨于下弦綴板處，下端為固定端，錨于鋼橫梁內。為適應橋面系的縱向變形，邊部第一根吊桿上錨固點設在上弦節點上。吊桿下端在2.5m高度范圍內用額外的鋼管對其防護，以免人為因素破壞。

經檢測，吊桿銹蝕程度達到Ⅲ級，需要對其進行更換，新吊桿采用鋼絞線整束擠壓吊桿索，吊桿索體采用1960MPa級、φ15.2環氧噴涂無粘結鋼絞線纏包后外擠HDPE保護，拉索總調節量為±80mm，同時吊桿下端均錨固在主橫梁底部。

2 吊桿更換方案力系轉換方案討論的目的和意義

鋼管砼吊桿（系桿）拱橋的受力特點為主橋橋面荷載傳給鋼橫梁、吊桿受鋼橫梁的拉力將荷載再傳遞給主拱圈，拱圈受壓后向兩端拱座傳遞水平推力，而預應力柔性系桿主要起到平衡部分主拱推力的作用，以減少拱座的水平推力，整個結構體系處于平衡安全狀態，在吊桿拆除更換過程中，以上結構受力不斷變化，力系頻繁轉換，選擇合適的方案對保證結構安全及加快更換進度都有著重要的意義。

3 力系轉換方案實施

吊桿更換施工是一系統工程，原吊桿拆除時，需要將吊桿上的索力轉換到臨時吊桿上，新吊桿安裝好后，給新吊桿施加拉力時又需將臨時吊桿上的拉力卸除，更換一根吊桿力系通過臨時吊桿轉換2次，因此臨時吊桿需滿足以下幾方面要求：①同原吊桿恒載作用下相同的受力狀態，上承載橫梁表面必須水平，以便均勻受力，并保證有相當的強度、剛度和穩定性安全儲備；②與原吊桿進行力系轉換過程中，能夠分級卸載或加載定量控制，保持原結構受力狀態不變和工作狀態連續性；③臨時兜吊系統在安裝和施工過程中，不會對原結構構件造成損傷，并避免構件集中應力集中情況；④臨時吊桿需要帶自鎖裝置[1]。

長豐橋臨時兜吊由抱箍及拱頂分配梁、鋼絞線錨固梁、底分配梁、張拉分配梁、千斤頂、撐腳、鋼絞線以及7孔工具錨等組成臨時兜吊體系，其中抱箍及拱頂分配梁焊接為整體，拱頂分配梁通過耳板及銷軸與鋼絞線錨固梁連接，可以保證兜吊系統適用于每個索號吊桿。將千斤頂、撐腳以及工具錨設置在底分配梁下方，通過千斤頂張拉或放張臨時兜吊系統鋼絞線進行新、舊吊桿力系轉換。

4 吊桿更換過程中荷載控制

吊桿更換力系轉換頻繁，為避免對橋梁結構造成損害更換過程中必須要對荷載進行嚴格控制，因此吊桿更換需請有資質的監控單位進行監控，每個施工步驟必須嚴格按監控指令實施。

（1）橋上臨時施工荷載控制

根據cfsgjk-07施工監控指令的計算及說明，橋上臨時荷載包括4臺吊機、吊桿更換設備及新吊桿材料等，這些荷載按2000KN布置在主跨中最不利位置，經計算可保證拱座反力滿足控制要求，因此，橋上臨時施工總荷載超過2000KN時要通知監控單位進行核算，同時，橋上荷載應盡量對稱均勻布置，包括上下游對稱、兩岸（漢口岸與漢陽岸）對稱，且要分散布置在較大面積范圍內[2]。

（2）橋面系拆除及恢復荷載控制

圖1 臨時兜吊系統示意圖

長豐橋改造提升需將原橋面系拆除，包括瀝青砼橋面、л型梁，桿梁、人行道板縱梁、砼T梁等，拆除時橋上荷載減小導致吊桿索力減小，恢復新橋面時橋上荷載增加會導致索力增大。為使吊桿索力變化均勻，拆除舊橋面系及恢復新橋面系也需按同步對稱（上下游及兩岸均要求對稱）的原則進行，吊車起梁與落梁時，均要緩慢勻速，避免吊裝過程中對橋上產生較大沖擊荷載。

（3）吊桿更換時荷載控制

在吊桿更換前，需測量橋面標高作為橋梁的初始位置，橋面標高通常采用電子精密水準儀進行測量。另外，還要在橋上根據需要布置各個測點，比如測量吊桿的長度變化要在吊桿的上、下吊點固定測量位置；測量橋面標高要設置一個不受影響的固定測試位置以架設儀器，安排固定好各個測點的位置等。

吊桿更換時，力系主要在鋼橫梁、臨時吊桿、新舊吊桿及主拱肋間相互轉換與傳遞，為保證主拱肋及鋼橫梁受力對稱均衡，吊桿的更換順序為由中間最長吊桿向兩邊依次對稱進行更換，橫橋向兩根吊桿應同時更換[3]。為避免過程中荷載傳遞不均衡，減小沖擊荷載作用，拆除舊吊桿時舊吊桿（放張）與臨時吊桿（張拉)之間力系轉換需分4級（25%-50%-75%-100%）逐級加載、卸載交替進行，更換新吊桿時新吊桿（張拉）與臨時吊桿（放張）之間力系轉換也需分四級（25%-50%-75%-100%）逐級加載、卸載交替進行，加載、卸載均通過千斤頂張拉控制，每級力系轉換過程中密切進行施工監控，以橋面標高變化控制為主，索力控制校核，做到兩者兼顧。橋面標高的變化值應控制在±3mm 范圍之內；吊桿更換完成后，各吊桿橋面標高與更換前的橋面標高差值不得大于1.5mm；由于原設計吊桿索力數據與實際可能存在一定偏差，施工前應中斷交通，逐個對索力進行測量，以此作為控制索力，若出現較大差異，應及時通知設計單位，共同查找原因，協商解決。為確保監測數據的準確，在進行第4級荷載轉換時，橋上其它增加臨時荷載（如運輸、起吊材料及安裝橋梁檢修車）等施工均要停止作業。

在吊桿更換過程中，需要跟蹤測量的是橋面標高、被更換吊桿的伸長量和對臨時吊桿加載的油壓表讀數等。對臨時吊桿每級加載后、每次割斷鋼絞線后和新吊桿各級張拉后，均需要測量橋面標高、吊桿的伸長量，并記錄油壓表的讀數。其中吊桿的長度測量可以采用高精度全站儀或千分尺等，測量吊桿上、下錨固中心點的空間坐標[4]。

吊桿更換后，要再次測量橋面標高并與橋面初始位置進行比較；測試新吊桿索力與理論計算值進行對照；測定吊桿下吊點撓度的變化情況，并把這些作為索力是否需要調整的依據。如果發現橋梁線形或吊桿索力與目標值有較大的差異，查明原因，如果需要對吊桿進行二次調索，則調整吊桿的索力和橋梁的線形，保證工程質量和橋梁運營安全。

（4）溫度效應控制

溫度是一個復雜的隨機變量，它與橋梁所處的地理位置、方向、自然條件、組成構件的材料等因素密切相關，它的計算準確與否在確定結構應力和變形中起著重要的作用，同時結構的溫度分布是瞬時變化的，在結構中的溫度應力也是瞬時變化的，具有明顯的時間性。

為解決溫度效應的影響，應采取的控制措施有：①現場連續實時監測結構氣溫、溫度場；②根據實測溫度場，理論分析計算結構的溫度場效應；③全天侯定時監測結構變形，了解拱肋線形及主梁標高隨溫度變化情況。

5 力系轉換其它方案設想論述

長豐橋力系轉換臨時兜吊主要通過一對抱箍實現，在方案設計時，也曾設想過在原吊桿上錨板附近找兩個對稱位置鉆孔，從孔中穿2根鋼絞線束作兩根臨時吊桿（力系轉換時每根承受400KN拉力），再在吊孔安裝臨時上錨板，下錨板依然通過張拉分配梁進行錨固。

兩種方案優缺點對比如下：

（1）抱箍方案因考慮一次需對稱的4根吊桿同步更換，需要投入8套臨時兜吊系統，材料數量較多，所以加在拱肋的臨時荷載也大一些，需要對其剛度、張度及穩定性進行驗算控制；安裝過程控制環節也較多，在更換15、16號短吊桿時，由于受橋梁結構的空間影響，抱箍頂分配梁、張拉分配梁及底分配梁安裝均需要對其進行改裝，且無法利用吊車，僅依靠倒鏈人工起吊安裝，安裝過程更復雜，安裝進度更緩慢。主要優點就是抱箍與主拱肋傳力接觸面積大，拱肋受力更均勻，拱肋結構及防腐涂裝體系不受影響。

（2）鉆孔方案主要致命缺點是在主拱肋上鉆孔對其結構完整性有破壞，吊桿更換完成后需對孔洞進行注漿修復，由于漿液泌水收縮，注漿的飽滿度難以得到保障；另一缺點就是臨時吊桿上的荷載僅通過2個吊孔上的錨板傳給主拱肋，主拱肋受力不如抱箍傳遞均勻。主要優點是監時無需頂分配梁及抱箍等設備，安裝過程簡單，施工可能更迅捷。

因鉆孔方案缺陷過于明顯，方案不作過深研究與詳細敘述，僅在抱箍方案受橋梁結構的空間影響的確難以實現時考慮采用。

6 結束語

吊桿（系桿）拱橋受力體系較為復雜，舊橋拆除與換新過程中，力系轉換次數多，吊桿更換不論采用何種力系轉換方案都要本著保持橋梁結構受力體系要平衡，各結構部位受力要對稱均衡，為達到這一目的，必須要對荷載嚴格控制，每個過程均需根據監控單位的監控指令嚴格執行，才能安全順利地完成吊桿更換。