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基于增设钢丝绳的柔性吊桥主缆提载加固设计

发布时间:2020-04-27 16:05 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

上世纪六七十年代我国修建了大批桥梁,当时国家正处于发展的关键时期,新建桥梁的原则是用最少的投资实现利益的最大化;那个时期修建的桥梁设计荷载偏低,但仍需担负着日益繁


      上世纪六七十年代我国修建了大批桥梁,当时国家正处于发展的关键时期,新建桥梁的原则是用最少的投资实现利益的最大化;那个时期修建的桥梁设计荷载偏低,但仍需担负着日益繁重的交通运输任务,随着时间的推移,大量的旧桥显露出了很多的缺陷,部分桥梁甚至存在安全隐患。这些桥梁已经不能满足现有的交通需求,怎样维修、加固这些桥梁是一项繁杂的系统工程。因此如何维修、加固这些危旧桥使其提高或者恢复承载力,确保人民的生命财产安全是现如今面临的任务。
新建桥梁费时费力、造价过高,大部分旧桥已无法满足现有需求且可能存在安全隐患,因此桥梁的维修、加固在未来交通土建行业将会占很大的比重。对旧桥进行加固后,可以延长桥梁的使用寿命,用少量的资金投入,提高桥梁的耐久性和承载力,使桥梁能满足交通量的需求;还可以缓和桥梁投资的集中性,预防和避免桥梁坍塌造成的人员和财产的损失。

1柔性吊桥主缆提载加固原则及方法
桥梁加固设计既要充分利用原桥结构和材料,又要提高桥梁的承载力和通行能力;对桥梁加固设计工程师提出了更高的专业要求。主缆变形、局部断丝、缠丝外露、表面锈蚀、黄油剥落等是悬索桥主缆可能发生的主要病害:然而主缆提载加固的方法也不止一种,目前国内外悬索桥主缆的加固实例有加强主缆索股、新增主缆、更换主缆、新增斜拉索等方法。
1.1加固原则
主缆提载加固设计是一种有效提高柔性吊桥承载力的方式。进行加固时应遵循以下原则:
(1)原则上应尽量减少或不对原结构产生影响:
(2)加固设计时要注意新旧结构之间的相互配合受力,达到所需的承载力;
(3)应尽量提高桥梁的承载力,用最少的投入实现最佳的加固效果:
(4)对加固技术进行经济性、耐久性及实用性等进行综合评价,找出不同桥梁较好的加固方案。
1.2加固设计方法
早期建成的柔性吊桥运营多年后,它的各个构件出现了不同程度的损伤,导致其承载力降低不能满足通行要求,从而需要对此类吊桥进行加固。主缆提载加固方法有多种,常用的加固方法有以下几种:
1.2.1加强主缆索股
为了尽可能的利用现有主缆、节约成本,考虑在主缆截面上进行补强加固,通过计算手段确定需要新增的索股根数:新增的索股与原索股型号保持一致,通过一定的施工技巧去除原桥主缆外包的缠带。在空缆状态下,新增索股与原索股共同受力:然后对主缆进行防护。匹配合适的索夹。
1.2.2新增主缆法
为加强现有主缆的利用,考虑在旧主缆上方新增一根辅助主缆,这种方式是通过连接拉杆使上下两根主缆共同受力,然后在既有索鞍上面架设一个支撑框架放置新索鞍使新主缆平稳绕过,新增主缆锚固在既有锚键后方的新锚锭里。
1.2.3更换主缆法
更换主缆法对于主缆提载加固设计亦是有效可行的方案。对损伤程度较大的主缆,有效受力面积不能满足通行要求,可以考虑更换主缆,新主缆跨过旧索鞍,锚固在现有锚键后方新建的锚键里,
1.2.4新增斜拉索
为了充分利用现有悬索,决定通过新增斜拉索的方式来提高桥梁的承载力;该加固技术是源自于斜拉组合体系的启发,新增的斜拉索分别锚固在塔顶和横梁上,斜拉索产生的水平力由横梁来承担。
对于主缆采用钢丝绳的柔性吊桥,采用增设钢丝绳的方法来加强主缆的承载力不失为一种经济有效的方法。

2工程实例
2.1工程概述
向阳吊桥位于云南省怒江保傈族自治州州府所在地泸水县六库镇,为跨怒江而设;始建于1966年,是一座钢索柔性汽车吊桥,桥梁净跨径131m,两索塔中心间距136m,原设计为木结构桥面,设计荷载为汽车一13级的单辆加重车,199l年怒江大桥建成后,向阳吊桥由原来的通行汽车改为仅供人马通行,1999年,向阳桥进行了首次大规模的维修改造,桥面由木结构改建为钢结构,桥面宽度也增至5.5米。
作为六库城区江东、江西两岸的主要人行交通要道,向阳桥桥面总宽5.5m,理论垂跨比为1/l0,主缆中心距离为5.60m,每根主缆采用8股37mm×218m钢芯钢丝绳。主塔为钢筋混凝土刚架式墩塔,两侧均高14.9m。全桥吊杆共45对;纵梁为工字钢,横梁为两槽钢背靠背组成的工字钢;索塔基础为明挖、扩大基础;江东、江西侧锚碗均为重力式锚,现阶段的向阳吊桥如图1所示:
2.2技术状况
向阳吊桥的设计荷载偏低,即使改为人行桥后移动荷载有所降低,但该桥的承载力也几乎不能满足要求;2015年对向阳吊桥进行检测,该桥结构总体技术状况评定为5类,属于危桥,应及时对该桥进行加固。
现阶段向阳吊桥的技术状况如下:主缆索股防护表面大范围老化、剥落,主缆索鞍处断丝并伴有锈蚀现象,锚固区锚杆表面轻微锈蚀,锚碗存在锚坑漏水、顶板及侧墙损坏等病害;索夹、吊杆均锈蚀,且面漆大面积起皮、剥落;横梁跟纵梁油漆局部或大面积剥落、锈蚀;栏杆、索鞍均存在防护漆老化剥落、大面积锈蚀现象;索塔局部混凝土剥落。主缆承载力严重不足需进行加固,大桥主缆现状如图2。
2.3加固方案
向阳吊桥建成通行己久,主缆破损严重,断丝率达20%,已无法满足通行承载力的要求,需要对它进行加固,此次加固设计的目标是恢复桥梁的设计荷载。在选定加固方案时需要考虑加固效果、施工工艺、加固成本等方面的问题。综合考虑各方面的因素,增设钢丝绳的加固方法既能达到有效提高承载力的效果又能节省成本、有效利用原有结构。
经计算最后决定对向阳吊桥进行以下加固处理:
在原有主缆的基础上每根主缆各新加2股钢丝绳(新增钢丝绳材料仍然采用(37mm钢芯钢丝绳,其公称抗拉强度1670MPa),更换所有索夹;对于该桥出现锈蚀现象应先进行除锈处理,再涂刷金属防锈漆;对锚碗裂缝进行灌浆封闭处理;局部剥落混凝土用聚合物砂浆进行修补。
2.4加固结果检算
加固前模型的边界条件为主缆端部与塔底均固结,塔顶处主缆与塔顶采用弹性连接,纵梁没有纵向和转角约束:加固后的模型边界条件与加固前的模型边界条件一致。主缆及吊杆采用索单元,主梁与主塔采用梁单元模拟,按照桥梁设计矢跨比、结构自重等进行全桥分析计算。分析计算之后,通过计算所得数据对比桥梁在加固前后的索力来分析桥梁加固的效果。计算模型如图3所示,加固前后索力如表l所示:
图3计算模型
由计算结果可知,主缆内力在索鞍处最大,由索鞍到跨中依次减小;由于篇幅关系选取了与索鞍相邻的单元、跨中单元和索鞍到跨中的部分单元的内力值作为代表。加固前后主缆索力见表1、表2。
加固前后索力对比可知:加固前主缆最不利位置处的安全系数为2.4<3,加固后主缆最不利位置处的安全系数为3.1>3;说明此主缆提载的加固方式取得了一定的成效。由于直接在主缆上增加钢丝绳,因此加固后的索力比加固前的索力大,但在组合作用下该桥主缆提载加固就明显的体现出了它的效果。正确运用该种加固方式来补充原有钢丝绳因为断丝而导致的承载力不足,最终达到提升桥梁承载力和耐久性的目的。

3结论
从加固效果上看,加固后的桥梁承载力和耐久性得到了有效的提高;由于在原桥的主缆上增加了钢丝绳,因此桥梁的恒载有所提高,主缆的索力也比加固前有所增长,但加固后组合作用下钢丝绳的应力降低,安全系数提高;并且该桥的使用性能也得到了明显的改善,能够满足桥梁营运的要求。这也就充分的说明了该加固方法是真实、可行、有效的。


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