悬索桥评估加固设计研究
2018-01-22
上世纪七十、八十年代起，国内陆续修建了一批悬索桥，主要用于风景旅游区、交通不便的山区以及一些特殊工程。这类结构运营至今大多已有二二十年的时间。近年来，随着荷载等级的不断提高和自然环境的不断侵蚀，为了确保此类桥跨结构的安全运营和适应新的荷载等级，需对桥跨结构进行评估，必要时还要进行加固。同国外相比，我国此类桥梁结构起步较晚，对其养护维修、评估、加固等方而也缺乏相应经验。本文总结了这类悬索桥评估中涉及到的具体问题，包括如何分析主缆工作性能、钢桁架稳定性能以及整体结构刚度等问题，并做了详细分析，同时归纳了主缆、主梁、索塔、桥而板以及锚杆等的加固方法。
1悬索桥评估研究
1.1主缆工作性能评估
悬索桥的主要受力构件为主缆，主缆的工作性能直接影响到了全桥结构的安全性和耐久性，它的准确评估显得尤为重要。这里从影响其性能的二个关键性方而，即主缆弹性模量取值、成桥状态荷载的确定以及主缆安全系数的选取，进行了详细分析并给出了相应的措施。(1)主缆弹性模量的确定，悬索桥的主要受力构件是主缆，主缆弹模取植的相应对策总结如下，①采用原先缆架设时测定的实际弹性模量，不考虑缆绳新旧程度的影响。方法简单而且是其他两种方法的基础，但直接用它来进行结构的分析精度不高。②先用架设时测定的实际弹性模量进行结构的试算再根据实测的线形进行反复修正直至与真实线形吻合。（2）成桥状态荷载的确定，在对悬索桥进行评估计算中，确定其成桥状态荷载总的对策是要“因桥而宜”。公路桥梁的成桥状态一般指的就是二期铺装后的状态，相应的荷载是自重加上二期恒载。然而对于其他用途的桥梁，要具体问题具体分析，有些情况下活载也应计入成桥时的荷载。（3）主缆安全系数与超载问题悬索桥的加固或改造必须确保主缆有足够的安全系数，其取值要根据所用材料来确定。根据相应规范的要求，钢丝绳主缆安全系数,不应低于3.0，高强钢丝主缆不应低于2. 5。结构要超载的话，为满足主缆安全系数的要求，一般有下述两种方法可以处理：①采用荷载置换法，更换桥而板或渡槽使之荷载与增加的活荷载相抵消，适用于超载比例不是很大的情况。②更换主缆或增大主缆截面，适用于荷载等级提高幅度较大，或主缆存在安全隐患的情况。
1.2钢桁梁稳定性评价
中小跨钢析悬索桥由于对使用功能要求不高，往往不需要像公路悬索桥那样很宽的桥面。主要评估方法如下：（1）渡水或矿用，应注意荷载的冲击系数，部分带有抗风索但不用考虑由于荷载偏载而带来的钢桁架扭转失稳问题。（2）输送管道(管线)悬索桥，应验算结构的整体性需考虑由十荷载偏载而带来的钢衍架扭索桥稳定和局部稳定转失稳问题
1. 3结构整体刚度的判定
在结构动力分析中，通过初始模型得到的计算值与通过试验获得的测量值间往往存在偏差，为了能够较为精确地分析结构的动力响应，准确了解依据结构的实测信息修正初始有限元模型是非常有必要的。在动力分析时，一些重要的桥梁附属结构对结构的刚度贡献是很大的，有时候为了得到结构的实际动力特性，有必要将附属结构的刚度考虑进来。
2加固措施
（1）主缆加固：目前，悬索桥主缆的加固方法有更换主缆、新增主缆和新增斜拉索等方式。其中，主缆的更换存在的最大问题是主缆是永久性锚固在锚旋里而的，不像斜拉桥的斜拉索在失效后可以很方便地进行更换。在国内，悬索桥主缆更换或新增尚未出现，而且相应规范建议悬索桥主缆不宜更换或加强，主缆或锚定承载能力不足时可降低荷载等级使用。（2）提高主梁刚度：钢桁梁悬索桥加劲梁由钢桁架和桥面系组成。钢桁架由主桁、横联及平联组成。钢桁梁悬索桥主梁加固主要分为局部加固以及整体加固两种。（3）更换桥面板：为了减轻悬吊系统和桥塔的荷载，可采用正交异性钢桥而板等轻质结构来替换沉重的混凝上桥面板，新桥面板沿主跨全长连续，这样可以去掉板间接头。边跨桥而板将与桁架联合受力，从而对它进行了加固。这样结构恒载大幅减小，同时也能适当与增加的活荷载相抵消。但是这种方法对超载比例不是十分大的情况效果较为明显，而对于针对荷载等级提高的加固情况影响较小。（4）预应力锚杆是由锚头、预应力筋、锚固体组成，利用预应力筋自由段(张拉段)的弹性伸长，对锚杆施加预应力，以提供所需要的主动支护拉力的锚杆。加固时，保留原来锚碇，并对其进行加固，加固部分混凝上与原锚碇之间采用植筋连接，锚碇普通钢筋采用植筋办法与原桥的混凝上胸墙结合为一体。为了保证加固后锚碇整体稳定性，防止锚碇发生倾覆，锚碇中用普通钢绞线作为锚杆。钢绞线的一端通过钻眼锚固于混凝上胸墙中(锚杆)，另一端锚固于锚碇上。同时沿横桥向设置一定数量钢筋，保证新浇混凝土与原锚碇混凝上的连接牢固。
3结论
（1)本文分析了钢桁架悬索桥在评估中可能存在的问题并给出了相应的对策，为这类悬索桥的评估分析提供了参考。（2)针对钢桁架悬索桥各部件的维修加固，提出了相应的加固方法，有助于进一步完善相关规范。
