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大跨径柔性悬索桥检测与评定

发布时间:2023-01-19

该桥为大跨径柔性悬索桥,单跨516米,该桥构件种类多,主体承重体系由主缆、斜拉索、背索、风缆索、吊杆、钢主梁组成;钢筋混凝土主塔、万能杆件拼装风缆塔组成空间塔架体系;锚固体系由岩锚、重力式抗滑桩锚构成。主缆采用12φ47.5钢丝绳,矢跨比1/14.33,吊杆采用φ25圆钢,间距6米布置。在吊桥两端各设2×2组斜拉索,斜拉索采用φ21.5钢丝绳。主索锚固:南地锚为岩体锚固,北地锚为重力式抗滑桩基锚固。桥面系采用型钢焊接形成,桥面板为木板。桥塔为钢筋混凝土塔,混凝土标号为30号。全桥范围内设水平曲线风缆和斜风缆以承受水平风荷载(见图1)。

  图1、桥梁概貌   一、主要概况

   该桥单跨跨径达到了500米以上,为大跨径柔性悬索桥,建于一九九三年,原设计使用寿命为十年,已经超期服役。该桥负担了化工厂的主要生产源料的运输,如果出现安全问题,不仅对工厂造成巨大的经济损失,还将破坏自然环境,社会影响将很大。

  该桥北岸紧邻车间,由于化工厂化学气体(Cl2,H2S等)的腐蚀性环境,钢结构的各构件缺乏应有的维护,各钢构件锈蚀较严重。

   该桥现实际荷载在原设计荷载(φ219×8管道及活载:1.2t/m3卤水)基础上增加了大小共计10根不同管线,其中,电线缆线7条,液体输送管道3条。累计增加荷载约14.5吨,超载约35%。

   本着以下目的,对该桥进行检测及静载试验:

   ⑴ 对悬索桥进行全面科学的检测,对结构的强度、刚度、稳定性和耐久性评估提供基础资料;

   ⑵ 通过对该桥进行静载试验,了解结构目前的实际受力状况,判定该桥是否有足够的安全储备,评估其使用性能和承载能力,为科学地评价结构在使用阶段的工作状况提供强度、刚度和变形等方面的数据;

   ⑶ 结合桥梁检测与静载试验结论,确定该桥的使用安全度。并为业主今后的桥梁养护工作及后续的加固设计工作提供依据。

  二、桥梁检测

  1、检测内容

  参考现行交通部部颁《公路桥涵养护技术规范》(JTG H11-2004)、《公路工程质量检验评定标准——第一册 土建工程》(JTG F80/1-2004)及有关厂区桥涵规范,结合该桥特点,确定以下检测内容及检测方法(详见表1)。

  表1、桥梁检测项目表

   2、主要检测结论

   (1)、混凝土桥塔能满足现阶段使用要求。  桥台外观检查良好,裂缝最大宽度未超限;混凝土局部有露筋,外露钢筋有锈蚀;混凝土强度及混凝土保护层厚度能满足设计要求;混凝土保护层完好区域钢筋未发生锈蚀;但混凝土氯离子含量超标,易引起保护层内钢筋锈蚀,应予以重视。

   (2)、桥面实际高程较设计高程最大下挠1.74米,影响桥梁正常运营及整体受力,若继续下挠,将对结构及管道的安全构成较大威胁。

   (3)、南、北两岸锚室内积水较多,主缆地锚预埋件及主缆本身被污水淹没,预埋件锈蚀较严重,存在很大安全隐患;

   (4)、索鞍处及跨中主缆未发现锈蚀,但跨中主缆有黄褐色积水流出,锚固处主缆防护局部有破损,主缆有锈迹。主缆各部分防护体系老化较严重,耐久性很差;

   (5)、吊杆防护较差,吊杆、索夹均有不同程度的锈蚀,部分吊杆存在倾斜、受力严重不均匀及脱空等现象;

   (6)、部分钢主梁、横梁、斜撑及风缆锈蚀比较严重,局部横梁及斜撑缺失,桥面板腐朽及缺失严重,北岸两侧风缆塔架锈蚀严重,对其稳定性造成影响,两岸风缆地锚预埋件均严重锈蚀。

  三、桥梁静载试验

  1、试验准备:

  为使该悬索桥静载试验的进行能够高效、有序,试验结果具备较高的可信度,必须做好试验前的准备工作。

  (1)、结构理论计算分析

  在荷载试验前,采用大型有限元综合程序进行结构计算,并结合理论公式进行校核。(计算模型见图2)

  图2、桥梁空间有限元计算模型  

  (2)、试验仪器和设备的准备

  根据试验内容和试验方法,准备完备的仪器和设备,包括静态数据采集仪、索力测试仪、精密水准仪、精密全站仪等常规荷载试验仪器,并做好仪器设备的校验、标定工作。

  (3)、其他准备工作

  试验安全设施、供电设施、通讯联络设施等工作应根据荷载试验的需要进行准备。

  2、试验内容:

  静载试验将在加载前后进行以下项目测试,测点布置见图3:

  (1)、主梁挠度变化——精密全站仪测量;

  (2)、横梁的横向应力变化——静态应变采集仪测量;

  (3)、吊杆和主缆的索力变化——索力测试仪测量。

  图3、测点布置示意  3、试验方案:

  该悬索桥功能特殊——运输化工原料;荷载特殊——盐卤(ρ=1.20t/m3)、NaOH(ρ=1.36t/m3),故静载试验无法采用车辆荷载、堆载等常规加载方式模拟设计荷载。也无法采用一般静载试验:空载(归零)→ 满载(实测应变、挠度)→ 空载(实测应变、挠度恢复情况确定残余量)的加载顺序进行。针对这种特殊情况,试验小组采用:满载→ 空载→ 满载的加载顺序,进行测试:

  (1)、工况一:管道内满载化工原料,正常运输。以长江北岸桥塔基点为水准0点,测量控制测点的挠度;测量各吊杆及主缆的实际索力;并设此时横梁应变为0。

  (2)、工况二:中断盐卤运输并清空管道,测试此工况以上项目的挠度、索力及应变。

  (3)、工况三:继续输送盐卤,待管道充满后,再次测试以上相同项目。

  工况一与工况二的测值比较即为试验所测挠度、索力及应力变化;工况一与工况三的测值比较即为挠度、索力及应力的残余量。

  这样的非常规试验方式为管道内盐卤液体一次加载,荷载效率100%,满足有关试验方法规定,能较好的反映桥梁的实际工作状态。

  4、试验结果

  桥梁在使用荷载作用下,主缆实测索力增量略超过理论索力增量,效验系数在1.05~1.09之间,挠度小于理论挠度,处于弹性工作范围。

  吊杆受力不均匀,部分处于零受力状态,部分受力偏大,实测拉力增量远远超过理论增量。

  主梁横梁受力较均匀,效验系数在0.5~0.7之间,能满足使用要求。

   根据静载试验所得的数据结果分析认为,本桥主缆、钢主梁横梁的强度、刚度能满足现阶段使用荷载的要求;但吊杆受力不均,部分实测值超限,为该桥所存在的最大安全隐患。

  四、桥梁现状评定

  目前国内尚无大跨柔性悬索桥专用的检验评定标准。针对该桥,此次评定采用了交通部部颁《公路桥涵养护技术规范》推荐的“桥梁各部件权重综合评定”,即先评价单一构件,确定权重,综合评定该桥现状。

  通过对全桥各部件的检测,较为详实的掌握各部件的结构现状和缺损状况。再按缺损程度大小进行评定。由所有桥梁部件的评定结果,再对全桥进行技术状况评定。其中,确定各构件权重Wi是该桥综合评价的难点。针对大跨径柔性悬索桥的结构特点,综合考虑缺损影响功能(通过能力和承载力)的大小和发展的结果对耐久性即寿命的影响,按部件的重要性修订权重Wi(见表2),建立“大跨径柔性悬索桥综合评定方法”。并用此方法对该桥进行了综合评价。

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