具有历史文物价值的铆接钢桁架桥大修探讨

王倩

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引言

在20世纪后半叶,随着我国钢产量的逐步增加,栓焊钢桁架桥在我国公路、铁路建设中大量采用。我国在役的铆接钢桥超过1万座，桥龄大多超过45 a。铆接钢桥常见的病害为锈蚀、疲劳和开裂等，此外结构、工艺、材质等存在先天的缺陷使其荷载等级偏低、抗震能力不足、桥下净空不足，以及作为历史文物保护的特殊要求等也是在役铆接钢桥急待解决的重要问题[1][2]。

1 国内典型的具有历史文物价值的铆接钢桥大修项目

表1给出了国内几座典型的具有重要历史文物价值的铆接钢桁架桥，在其运营过程中，均进行过一定程度的维修加固。根据桥梁自身结构状况及大修后功能定位的不同，维修方案也不尽相同，下面就其中几座典型桥梁的大修方案进行简要介绍。

1.1 上海外白渡桥[3]

上海外白渡桥（见图1）建于1907年，位于上海市区苏州河汇入黄浦江附近，是承载旧上海风貌的城市性地标。外白渡桥上部结构为二跨52.178 m的下承式简支铆接钢桁架桥，每跨11个节间，每节长4.744 m，桁高变化，中间高9.144 m，主桁中心距为12.192 m，原设计荷载为英制H-15级（合我国汽-11.3级）。该桥建国后先后进行了10次大修。

外白渡桥主要病害为：

（1）普遍存在铆钉锈蚀、缺陷、变形、铆钉孔缺陷，以及焊缝开裂等病害；

（2）下弦附近铆钉存在烂头病害，主桁构件连接处铆钉存在浮高、飞边等病害；

（3）端横梁、主桁下弦节点板相邻构件、主桁腹杆角钢与缀条连接等部位构件存在锈蚀穿孔等病害；

（4）托架、下弦杆及腹杆等位置构件存在变形等病害；

（5）外白渡桥原材料不适于焊接施工，历年来的加固焊缝对结构造成进一步损伤。

2008年外白渡桥进行最新一次主体和附属结构大修，更换其原混凝土桥面板为正交异性钢桥面板，更换所有下弦节点及部分锈蚀铆钉，并进行了局部杆件加固和变形矫正。为恢复原有风貌，将1997年更换为直线型的上平联三角托架又更换为最初设计的圆弧形，并结合维修工序对结构进行防腐涂装，整体风格与原桥保持一致。大修后要求其在超龄服役百年后继续安全使用50 a。

1.2 兰州中山桥[4]

1909年建成的兰州中山桥（见图2）位于滨河路中段白塔山下，被称为“天下黄河第一桥”。其主体为五跨简支钢桁拱桥，全长5×46.7 m=233.5 m，桥宽9.55 m，属国家级文物桥梁。

为满足通航净空的需要，工程加固内容主要为将五跨桁架水平抬高1.5 m，桥面系维持原枕木梁、沥青铺装的原状，桥北岸采用台式水平广场，桥台10 m范围内5%放坡，北滨河路局部抬高0.7 m；桥南岸采用三向放坡广场，抬高南滨河路；对桥墩进行外包混凝土加固，其他结构原样修复，体现“修旧如旧”的效果。修复后设计工况内继续使用50 a。

1.3 广州海珠桥

广州海珠桥（见图3）建成于1933年，是广州市区第一座跨江大桥，曾与海珠广场一起以“珠海丹心”的名义入选了1963年的羊城八景。其全长357 m，主桥为三孔跨径布置为（67.1+48.8+67.1）m的下承式简支钢桁架桥。初建时桥梁中跨为可开启式结构，可供大船通过。珠海桥历史上曾经历了“两毁三建”，1975年在原桥两侧加宽各7.83 m的预应力混凝土结构桥。重建后的海珠桥桥面不能开合。

表1 国内部分文物铆钉钢桁架桥一览表

图1 上海外白渡桥实景

图2 兰州中山桥实景

图3 广州珠海桥实景

由于长期超负荷使用及环境的腐蚀，此次维修前的海珠桥钢结构主梁锈蚀程度严重且有加速发展趋势，疲劳累计损伤很高，原有各种保护措施已很难保证结构及构件的安全性。鉴于珠海桥在广州市民心中无可替代的地位，从保护历史文化遗产角度出发，确定以“修旧如旧”原则，对主桥进行维修加固，主引桥进行拆除重建，边桥进行整饰。

2 浙江路桥大修工程

2.1 项目概况

上海市浙江路桥（见图4）建成于1908年，由英国人设计，迄今已有百余年的历史，属于上海市市级文物。

图4 浙江路桥全貌实景

浙江路桥结构形式为鱼腹式钢桁架简支桥梁，单跨跨越苏州河，跨径59.75 m，桥宽14.352 m，两侧非机动车道宽2.16 m，人行道宽1.08 m（见图5、图6）。桥面系为钢结构纵横梁体系，上设混凝土桥面板和沥青混凝土铺装。

图5 浙江路桥总体布置图(单位：mm)

图6 浙江路桥结构断面图(单位：mm)

浙江路桥大修目标：通过结构拓宽和道路线形调整，适当提高桥上车辆、行人通行和桥下通航能力；修旧如旧，恢复桥梁历史风貌；通过大修工程，更换损坏严重的构件，修复较小的缺陷，保证结构安全；增强结构防腐体系，保证结构耐久性；通过桥面附属、灯光改造，增强景观效果并与周边环境协调；确保大修后浙江路桥能继续安全运营 50 a。

2.2 结构病害及原因

根据浙江路桥检测结果，桥面以上的弦杆及吊杆病害相对较少，桥面以下部分构件存在较多病害。这些病害主要表现为构件锈蚀、变形、铆钉连接件病害，以及混凝土表面缺陷等。结构锈蚀集中在下弦杆和纵横梁附近，主要原因为跨中处吊杆与下弦杆穿过桥面，破坏了桥面的完整性，其间缝隙为桥面渗水提供了通道，使得部分构件始终处于潮湿环境中。

2.3 维修加固方法探讨

结合我国已有文物铆接桁架桥梁的大修实例可知，对于此类桥梁的维修加固应遵循以下两项基本原则：

（1）修旧如旧。文物的功能性维修优于桥梁的结构性维修，应确保桥体的主要历史文物信息（原桥型、桥位、结构、材质、色调及外观等）基本不变，做到“景观协调”。

（2）对结构构件有针对性地开展维修加固，提升桥梁的安全性和耐久性。

桥梁维修加固常用的设计方法有：减轻恒载、改变结构体系、加大截面、阻止裂纹扩展、改善连接强度、置换构件、涂装界面、改观表面、移动结构构件等。

2.4 浙江路桥桥梁大修内容

2.4.1 主桁保留并拓宽

尽量保存浙江路桥的文物信息，保留两片鱼腹式主桁，主桁净距从6.806 m拓宽为8.5 m，以增强桥面机动车及行人通行能力。

2.4.2 桥梁整体抬升

大修后桥面标高抬升0.1 m左右，对包括铺装在内的桥梁结构高度适当优化，以抬高桥下通航净空。

2.4.3 上平联恢复原始设计

在历次大修过程中，上平联构件已作过更换，并非原始构件，且外观变动较大（见图7）。该项大修方案主桁间距加大，将拆除现有平联构件，参照原设计图纸，按最初的风格设计上平联构件，恢复浙江路桥的历史面貌（见图8），使它以真实面貌流传于世。

图7 现状直线型桥门架实景

图8 1908年的浙江路桥原貌实景

2.4.4 桥面系更新

为减轻上部结构荷载，同时降低结构高度以改善通航条件，桥面系将重新设计，选用正交异性钢桥面系。其具有良好的受力性能和较轻的重量。大修后桥梁标准断面如图9所示。

图9 大修标准横断面图（单位：mm）

2.4.5 人行道改造

该项大修拟新做人行托架、人行道纵梁。纵梁上铺木质人行道板，人行道板下可布置过桥管线。

2.4.6 更换吊杆

该桥结构为鱼腹式钢桁架桥，桥面依靠吊杆与主桁相连。吊杆将桥面荷载传递至主桁，以受拉为主，同时伴有次弯矩，在全桥中属疲劳敏感构件；且吊杆为角钢组合截面，缝隙中易锈蚀。为确保桥梁结构安全，延长桥梁使用寿命，该项大修拟将吊杆全部更换。

2.4.7 更换部分锈蚀严重的节点板

主桁跨中下弦节点板由于处于桥面以下，锈蚀严重。对该处下弦节点板部分予以更换，并采用铆钉连接，做好防腐措施，使钢结构至关重要的受力节点重获新生。

2.4.8 重新设计防排水措施

由于该桥的构造特点，桥面以下的钢结构容易产生锈蚀，该项大修新桥面系设计将有针对性地重点考虑防、排水措施，减轻桥面下构件的锈蚀。

2.4.9 钢材的连接

浙江路桥建成时是一座铆接钢桥，全桥绝大多数杆件为铆接型钢组合构件，所有节点均为铆接节点。旧桥材料不适合焊接，因此大修中老钢材与老钢材之间的连接均采用铆接。对于新增的构件，桥面以上因“修旧如旧”的需要可采用铆接，桥面以下尽量采用焊接连接。

3 结语

文物铆接钢桁架桥的维修加固思路与一般桥梁不同，其文物的功能性维修优于桥梁的结构性维修，在提升桥梁结构安全性和耐久性的前提下，要做到“修旧如旧”；对于桥梁结构要根据实桥的检测结果和大修的功能性定位进行针对性改建及构件加固。本文结合国内几座文物铆接钢桁架桥大修工程，并针对浙江路桥大修工程实例，对文物铆接钢桁架桥的大修思路及关键构件大修技术进行了探讨，为类似结构桥梁的大修项目提供一定的参考。

[1]陈维珍，等.钢桁架桥评定与加固[M].北京：科学出版社，2012．

[2]蔡祖明，沈超，陈姗姗，等.现役大跨钢桁架桥病害的原因和治理研究[J].科技视野，2012，（20）:25.

[3]岳贵平，黄慷，张春雷，等.外白渡桥船移大修保护工程设计（上）[J].上海建设科技，2009,(5):1-5,15.

[4]朱慈祥，王蔚，马小云，等.兰州中山桥5跨简支钢桁梁整体提升关键技术[J].世界桥梁，2012，40(6):80-86.