某钢桁架悬索桥的加固新技术研究

史 杰 孟庆垚

1 工程概述

贵州南盘江大桥位于盘百公路安龙至洪江段的南盘江上,主跨为加劲钢桁架悬索桥,贵州岸锚碇为重力锚,广西岸锚碇为岩锚,桥梁跨径布置为(18.5+24.1+3×20.5+240+4×20.5)m,全长 477.23m。引桥为无粘结预应力混凝土空心板。主塔采用C40混凝土。主缆采用 19×91φ5mm平行高强镀锌钢丝束,直径240mm。全桥吊杆共 39对,采用 61φ7mm成品高强钢丝索,梁上索距 6m。钢桁架加劲梁为 234m×12m×2.7m空间体系;加劲梁工厂加工为 6m节段,现场拼装成 12m长,吊装施工,钢桁架材料为 16Mn钢。

横断面布置:净 9m+2×1.0m人行道 +2×0.5m防护带,全宽 12.6m,见图1。

2 病害状况

南盘江大桥加劲梁纵向呈S形,实测主缆背索恒载拉力不对称。结果在车辆荷载作用下振动明显。主缆索股防护基本完好,锚固区个别锚杆螺帽松动、丢失。大多数吊杆在锚固点位置油漆剥落,有明显锈蚀,两处吊杆损坏。主索鞍固定钢板锈蚀,个别固定螺栓缺失。

横梁、加劲梁油漆局部或大面积剥落锈蚀,个别钢板变形、缺损。钢桁架钢板连接螺母部分缺失。绝大部分横梁出现竖向倾斜,致使横梁上中间位置处钢板不同程度脱空。多道横梁中间位置钢板焊接处锈蚀严重,甚至断裂。两侧主塔表面均出现明显网状裂缝。车行道混凝土损坏严重,几乎所有桥面板接缝处均有桥面板破碎、露筋,有的损坏十分严重;桥面渗水严重,导致钢梁锈蚀,车辆行驶振动冲击加剧;吊杆处铺装层有严重破碎、坑槽、露筋、积水和裂缝。大桥结构总体技术状态评定为 4类(差)[1]。

3 加固方案

采用斜拉索加固,将原桥由单一的悬索承重体系转换为吊拉组合体系,改变原桥下挠状况,减轻主缆和吊杆负担,让斜拉索、主缆和吊杆共同受力,维修桥面、恢复人行道板以及在行车道底部粘贴钢板来增加结构刚度,见图2。

4 加固前结构分析

模型中边界条件处理为主缆端部及塔底固结,塔顶处主缆与塔采用刚性连接,加劲梁无纵向与转角约束,横桥向有约束(见图3)。

按照《公路悬索桥规范》荷载组合恒载 +汽车荷载最大下主缆安全系数为 2.5。

表1 加固前汽车荷载组合下挠度表 cm

加固前(拆除人行道板后)正负挠度的绝对值之和最大为97.15cm(见表1),大于 60cm,其挠度值不满足规范要求。

5 加固后结构分析

选取组合 2max最不利组合,各斜拉索的最大拉力如表2所示。

表2 斜拉索内力

中跨选取 2283单元进行验算,拉力为 748.0868kN;边跨选取 2327单元进行验算,拉力为 1028.687kN。

通过计算斜拉索中跨安全系数为 3.96,边跨安全系数为4.77,表明斜拉索处于安全工作状态。

通过增加斜拉索体系参与结构受力,使得结构刚度有了显著提高,加固后正负挠度的绝对值之和最大为 53.10cm(见表3),小于 60cm,其挠度值满足规范要求。

表3 加固后汽车荷载组合下挠度表 cm

6 结语

1)本次加固工作使主桁由汽车荷载引桥的最大变形(正负竖向变形绝对值之和)从 971.5mm减小到 531mm,结构刚度明显提高,在某种程度上达到了加固的目的。2)经过结构分析计算,加固后能够满足公路—Ⅰ级运营要求。加固前主缆安全系数为2.85＜3,加固后主缆安全系数为 3.18,满足规范要求。

[1] 上海同济建筑工程质量检测站,贵州路达公路试验检测有限公司.南盘江大桥结构检测和承载能力评估报告[R].2001.

[2] 贵州省公路勘察设计院.南盘江大桥加固设计总说明[Z].2009.

[3] JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].