危旧吊杆拱桥加固改造关键技术研究
|
摘要
以新昌县城西大桥(主跨84m中承式钢筋混凝土拱桥)为工程依托,针对原设计未考虑吊杆更换问题,对腐蚀损伤吊杆更换技术进行研究。通过理论分析、有限元计算以及现场试验,解决了危旧吊杆拱桥加固改造工程中更换吊杆的锚固构造及设计方法、桥面无损更换控制标准、更换过程中吊杆力的二次等效置换及施工控制等关键技术问题,并提出了一套吊杆更换设计和施工方法,对同类问题拱桥加固改造具有重要的参考价值。
针对新昌县城西大桥原设计未考虑吊杆更换问题,通过有限元仿真分析,对吊杆锚固与传力构造进行了优化比选研究,首次创新地提出了一种不需要对拱肋进行开孔的吊杆锚固方式——抱箍加叉耳的结构型式,有效地避免了更换吊杆时对拱肋结构的影响,实现了在不破坏原结构的情况下的更换吊杆技术,所研究的吊杆锚固形式具有构造简单、传力明确、施工方便、综合造价低等优点。
对吊杆更换过程中保证桥面无损坏的技术进行了研究。根据在正常使用时桥面不开裂条件,通过分析计算建立了吊杆更换桥面标高变化的施工控制标准,提出了一种保证桥面铺装不破坏而实现吊杆更换的施工控制方法。对要求保留桥面铺装但要更换吊杆或新桥调整吊杆力提供了施工控制标准分析的新方法,可以提高我国同类桥梁加固改造及施工控制水平。
对吊杆力置换过程进行了分析,建立了吊杆力置换的数学模型,基于计算结果研究了吊杆力与临时吊杆力之间的转换关系,以安全、有效性为控制目标,对吊杆更换施工步长、临时吊杆刚度、吊杆力转换情况进行了研究,提出了吊杆更换施工方案设计的标准,提高了吊杆力等效置换的效率。
Based on the west bridge in Xinchang, a main span of 84 meters of reinforced concrete arch bridge, aiming at the original design without considering the question of the replacement suspender cable, techniques to substitute the corrosion suspender cable is studied. Through theoretical analysis, finite element method and on-site testing, the key technical problems are solved in the old and dangerous tied-arch bridge reconstruction project, such as the anchor construction and design method, non-destructive control standards for deck replacement, twice equivalent force replacement of suspender cable and construction control. Furthermore, a set of design and construction is proposed to replace suspender cable. The methods have an important reference value in such problems.
For the original design did not consider the question of substitution of the suspender cable on the west bridge in Xinchang, the construction boom anchoring and load transfer is researched by finite element analysis. A kind of structure type which has the holt hoop iron and fork earrings is put forward for the first time. It does not need drilling in the rib, and effectively avoids affecting the rib structure during the change of suspender cable process. So it achieves the change of suspender cable without damaging the original structure. The suspender cable anchoring form has the advantage such as simple structure, a clear power transmission, easy construction and lower total cost.
The technology is researched to ensure no damages of bridge deck during the conversion of suspender cable process. According to the no cracking conditions of bridge deck in normal use, through the analysis and calculation, the bridge elevation change control standards during the change of suspender cable process is established, and proposed a control method of construction to ensure no cracking of bridge deck pavement. For the need to retain the bridge pavement but to replace the suspender cable or adjust the suspender cable force of the new bridge, the construction control standard analysis of new methods is provided. The method can increase the level of transformation and construction control of similar bridges in China.
Through analysis of the suspender cable force displacement process, a mathematical model is established. The conversion relationships between the suspender cable and the temporary suspender cable force is studied based on the results. Study of the stiffness of the temporary suspender cable and the conversion of the suspender cable force is based on the control aim of safety and effectiveness. Design standard for construction program of suspender cable replacement is put forward. At the same time, the efficiency of equivalent replacement of suspender cable force is raised.
针对新昌县城西大桥原设计未考虑吊杆更换问题,通过有限元仿真分析,对吊杆锚固与传力构造进行了优化比选研究,首次创新地提出了一种不需要对拱肋进行开孔的吊杆锚固方式——抱箍加叉耳的结构型式,有效地避免了更换吊杆时对拱肋结构的影响,实现了在不破坏原结构的情况下的更换吊杆技术,所研究的吊杆锚固形式具有构造简单、传力明确、施工方便、综合造价低等优点。
对吊杆更换过程中保证桥面无损坏的技术进行了研究。根据在正常使用时桥面不开裂条件,通过分析计算建立了吊杆更换桥面标高变化的施工控制标准,提出了一种保证桥面铺装不破坏而实现吊杆更换的施工控制方法。对要求保留桥面铺装但要更换吊杆或新桥调整吊杆力提供了施工控制标准分析的新方法,可以提高我国同类桥梁加固改造及施工控制水平。
对吊杆力置换过程进行了分析,建立了吊杆力置换的数学模型,基于计算结果研究了吊杆力与临时吊杆力之间的转换关系,以安全、有效性为控制目标,对吊杆更换施工步长、临时吊杆刚度、吊杆力转换情况进行了研究,提出了吊杆更换施工方案设计的标准,提高了吊杆力等效置换的效率。
Based on the west bridge in Xinchang, a main span of 84 meters of reinforced concrete arch bridge, aiming at the original design without considering the question of the replacement suspender cable, techniques to substitute the corrosion suspender cable is studied. Through theoretical analysis, finite element method and on-site testing, the key technical problems are solved in the old and dangerous tied-arch bridge reconstruction project, such as the anchor construction and design method, non-destructive control standards for deck replacement, twice equivalent force replacement of suspender cable and construction control. Furthermore, a set of design and construction is proposed to replace suspender cable. The methods have an important reference value in such problems.
For the original design did not consider the question of substitution of the suspender cable on the west bridge in Xinchang, the construction boom anchoring and load transfer is researched by finite element analysis. A kind of structure type which has the holt hoop iron and fork earrings is put forward for the first time. It does not need drilling in the rib, and effectively avoids affecting the rib structure during the change of suspender cable process. So it achieves the change of suspender cable without damaging the original structure. The suspender cable anchoring form has the advantage such as simple structure, a clear power transmission, easy construction and lower total cost.
The technology is researched to ensure no damages of bridge deck during the conversion of suspender cable process. According to the no cracking conditions of bridge deck in normal use, through the analysis and calculation, the bridge elevation change control standards during the change of suspender cable process is established, and proposed a control method of construction to ensure no cracking of bridge deck pavement. For the need to retain the bridge pavement but to replace the suspender cable or adjust the suspender cable force of the new bridge, the construction control standard analysis of new methods is provided. The method can increase the level of transformation and construction control of similar bridges in China.
Through analysis of the suspender cable force displacement process, a mathematical model is established. The conversion relationships between the suspender cable and the temporary suspender cable force is studied based on the results. Study of the stiffness of the temporary suspender cable and the conversion of the suspender cable force is based on the control aim of safety and effectiveness. Design standard for construction program of suspender cable replacement is put forward. At the same time, the efficiency of equivalent replacement of suspender cable force is raised.
引文
[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2001.
[2]龙跃,左毅,吴秋凡,等.拱桥拉索病害研究与对策[J].桥梁建设,2005(3)：70-72,80.
[3]钟启宾.系杆拱桥吊杆、系杆设计寿命及相关问题[J].OVM通讯,2002(2)：2-5.
[4]张辉,曹锡,张海彦.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析[J].交通科技与经济,2009,11(2)：15-17.
[5]蒋洪新,姚胜秦.拱桥吊杆体系损伤检测[J].铁道建筑,2008(9)：36-38.
[6]张树仁,王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京：人民交通出版社,2006.
[7]刘真岩,周建斌.旧桥维修加固施工方法与实例[M].北京：人民交通出版社,2005.
[8]刘道宣.三岸邕江大桥吊杆的早期病害与养护[J].广西交通科技.2003,28(6)：100-101.
[9]李文琪,贺立新.对宜宾小南门桥事故的思考[J].中国公路,2002(22)：47-48.
[10]林宏石,李志能.钢管混凝土系杆拱桥的养护[J].公路,2001(12)：48-49.
[111陈莘,张其云,王洁.寿春路桥吊杆维修更换的方案设计与施工[J].华东公路,2002(6)：13-14.
[12]陈思甜,王静,龚尚龙.钢管混凝土拱桥吊杆更换施工控制技术[J].重庆交通学院学报,2005,24(2)：12-17.
[13]徐德标,惠斌,万宗江.东莞市鸿福大桥吊杆更换方案的确定及实施[J].城市道桥与防洪,2003,11(6)：79-81.
[14]张挺.广西邕宁邕江大桥短吊杆更换施工[J].山西交通科技,2004(3)：4749.
[15]冯敏炜,杨兵,赵林强.系杆拱桥吊杆更换设计[J].城市道桥与防洪,2005(2)：60-63.
[16]单成林.拱桥吊杆的更换设计及施工方法[J].中外公路,2006,26(4)：151-153.
[17]程华才,梅传江,赵永宽.吊杆拱桥更换拉索工程的施工工艺[J].安徽建筑工业学院学报：自然科学版,2003,11(2)：1-7.
[18]雷俊卿.钢筋混凝土桁架拱桥维修与加固研究[J].东北公路,1996(1)：81-84.
[19]李飞泉,杜德灿,李承昌.系杆拱桥吊杆更换工艺研究[J].公路交通科技应用技术版,2006(9)：110-112.
[20]欧阳东,蔡敏,李义.振动频率法测量索力过程中的波形修正[J].合肥工业大学学报：自然科学版,2003,26(6)：1171-1173.
[21]黄从俊.拱桥吊杆更换方法研究[J].安徽建筑,2005(3)：60-62.
[22]王震远,于子洋.吉林省某拱桥检测及加固改造[J].北京建筑工程学院学报,2006,22(2)：12-15.
[23]杨华堡.拱背加固减载法在拱桥改造中的应用[J1.广东公路交通,2005(3)：34-36.
[24]李正相.拱桥的维修加固[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2000,2(3)：46-47.
[25]胡钊芳,胡玉泉,上官兵.加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究[J].南昌大学学报,2002,24(2)：62-65.
[26]邓德全,陈久强,蒋敏文.用体系转换法加固多孔拱桥的研究[J].中南工业大学学报,1997,28(2)：121-125.
[27]周建廷.钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固拱桥研究[J].公路,2002,1(1)：44-46.
[28]叶见署.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,1997.
[29]姚志强,阮小平,邓清.拱桥吊杆变形差异引发桥面断裂及类似事故的预防措施[J].桥梁建设,2002(7)：73-75.
[30]张忠军,张磊,谢守军,等.大跨径桥梁混凝土桥面铺装开裂与防治[J].吉林交通科技,2001(2)：16-17.
[31]曾文西,吴祖林.浅谈桥面铺装病害主要类型、原因及防治措施[J].广东科技,2009(3)：173-174.
[32]于志秋.桥面铺装层裂缝的原因及防治措施[J].四川建筑,2009,29(1)：201-202.
[33]刘悫.桥面铺装混凝土裂纹产生的原因及防治措施[J].中小企业管理与科技,2008(11)：162.
[34]冯占昭.水泥混凝土桥面铺装病害产生的原因及预防措施[J].中国科技博览,2009(1)：91.
[35]Silf werbrand J. Improving Concrete Bond in Repaired Bridge Deck[J]. Concrete International,1990,12(9):61-66.
[36]徐洪涛.桥面铺装层的受力分析及承载力研究[D].天津：河北工业大学,2003.
[37]崔建伟.桥面铺装结构性能数值仿真分析[D].郑州：郑州大学,2005.
[38]王虎,胡长顺,王秉纲.简支梁桥梁端处桥面连续铺装层结构计算分析[J].西安公路交通大学学报,2000,20(4)：1-3.
[39]柳和平,罗立峰,汤立群.简支梁桥接缝处连续铺装层的结构计算分析[J].中国交通建设监理,2006(9)：53-55.
[40]许涛,黄晓明.混凝土桥沥青铺装层力学计算分析[J].合肥工业大学学报：自然科学版,2004,27(6)：653-657.
[41]要兴雷.高等级公路桥面混凝土铺装层计算方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2004,6(2)：4-6,12.
[42]顾兴宇,吴一鸣.钢桥桥面铺装层间剪应力影响因素及简化计算[J].交通运输工程学报,2007,7(3)：70-75.
[43]S.Zhou, D. C. Rizos, M. F. Petrou. Effects of Superstructure Flexibility on Strength of Reinforced Concrete Bridge Decks [J]. Computers and Struetures,2004(82):13-23.
[44]张健康,胡光伟,俞先江,等.大跨径钢桥面铺装体系关键技术研究进展[J].交通运输工程与信息学报,2008,6(2)：12-20,42.
[45]徐伟,白海涛,张肖宁.大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35(6)：750-754.
[46]F. Seible, C. T. Lathma. Analysis and Design for Stuctural Concrete Bridge Deck Overlays[J]. Journal of Structural Engineering,1994,19(2):55-60.
[47]赵洋.系杆拱桥吊杆更换研究[D].杭州：浙江大学,2006.
[48]程华才.桥梁柔性构件更换若干问题的探讨[D].合肥：合肥工业大学,2007.
[49]郝超,裴崛山,张士中.斜拉桥索力测试新方法—磁通量法[J].公路,2000(11)：30-31.
[50]陈兵,朱正刚,罗特军.中、下承式拱桥吊杆体系研究[J].四川建筑,2002,22(4)：29-31.
[51]W.G.Godden. The Lateral Buckling of Tied Arches and The Design Of network arches[J]. The Structural Engineer,1996,3(4):496-514.
[52]Zhong Liu, Fang Li, W. M. Kim Roddis. Analytic Model of Long-Span Self-Shored Arch Bridge[J]. Journal of Bridge Engineering,2002,7(1):14-21.
[53]虞建成,邵容光.系杆拱桥吊杆初始张拉力及施工控制[J].东南大学学报,1998,28(3)：112-116.
[54]吴文清,王成树,刘国昌,叶见曙.大跨度系杆拱桥柔性吊杆张力监测和参数识别研究[J].公路交通科技,2007,24(1)：70-73.
[55]顾安邦,徐君兰.中、下承式拱桥短吊杆结构行为分析[J].重庆交通学院学报,2002,21(4)：1-3.
[2]龙跃,左毅,吴秋凡,等.拱桥拉索病害研究与对策[J].桥梁建设,2005(3)：70-72,80.
[3]钟启宾.系杆拱桥吊杆、系杆设计寿命及相关问题[J].OVM通讯,2002(2)：2-5.
[4]张辉,曹锡,张海彦.钢管混凝土拱桥柔性吊杆破损分析[J].交通科技与经济,2009,11(2)：15-17.
[5]蒋洪新,姚胜秦.拱桥吊杆体系损伤检测[J].铁道建筑,2008(9)：36-38.
[6]张树仁,王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京：人民交通出版社,2006.
[7]刘真岩,周建斌.旧桥维修加固施工方法与实例[M].北京：人民交通出版社,2005.
[8]刘道宣.三岸邕江大桥吊杆的早期病害与养护[J].广西交通科技.2003,28(6)：100-101.
[9]李文琪,贺立新.对宜宾小南门桥事故的思考[J].中国公路,2002(22)：47-48.
[10]林宏石,李志能.钢管混凝土系杆拱桥的养护[J].公路,2001(12)：48-49.
[111陈莘,张其云,王洁.寿春路桥吊杆维修更换的方案设计与施工[J].华东公路,2002(6)：13-14.
[12]陈思甜,王静,龚尚龙.钢管混凝土拱桥吊杆更换施工控制技术[J].重庆交通学院学报,2005,24(2)：12-17.
[13]徐德标,惠斌,万宗江.东莞市鸿福大桥吊杆更换方案的确定及实施[J].城市道桥与防洪,2003,11(6)：79-81.
[14]张挺.广西邕宁邕江大桥短吊杆更换施工[J].山西交通科技,2004(3)：4749.
[15]冯敏炜,杨兵,赵林强.系杆拱桥吊杆更换设计[J].城市道桥与防洪,2005(2)：60-63.
[16]单成林.拱桥吊杆的更换设计及施工方法[J].中外公路,2006,26(4)：151-153.
[17]程华才,梅传江,赵永宽.吊杆拱桥更换拉索工程的施工工艺[J].安徽建筑工业学院学报：自然科学版,2003,11(2)：1-7.
[18]雷俊卿.钢筋混凝土桁架拱桥维修与加固研究[J].东北公路,1996(1)：81-84.
[19]李飞泉,杜德灿,李承昌.系杆拱桥吊杆更换工艺研究[J].公路交通科技应用技术版,2006(9)：110-112.
[20]欧阳东,蔡敏,李义.振动频率法测量索力过程中的波形修正[J].合肥工业大学学报：自然科学版,2003,26(6)：1171-1173.
[21]黄从俊.拱桥吊杆更换方法研究[J].安徽建筑,2005(3)：60-62.
[22]王震远,于子洋.吉林省某拱桥检测及加固改造[J].北京建筑工程学院学报,2006,22(2)：12-15.
[23]杨华堡.拱背加固减载法在拱桥改造中的应用[J1.广东公路交通,2005(3)：34-36.
[24]李正相.拱桥的维修加固[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2000,2(3)：46-47.
[25]胡钊芳,胡玉泉,上官兵.加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究[J].南昌大学学报,2002,24(2)：62-65.
[26]邓德全,陈久强,蒋敏文.用体系转换法加固多孔拱桥的研究[J].中南工业大学学报,1997,28(2)：121-125.
[27]周建廷.钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固拱桥研究[J].公路,2002,1(1)：44-46.
[28]叶见署.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,1997.
[29]姚志强,阮小平,邓清.拱桥吊杆变形差异引发桥面断裂及类似事故的预防措施[J].桥梁建设,2002(7)：73-75.
[30]张忠军,张磊,谢守军,等.大跨径桥梁混凝土桥面铺装开裂与防治[J].吉林交通科技,2001(2)：16-17.
[31]曾文西,吴祖林.浅谈桥面铺装病害主要类型、原因及防治措施[J].广东科技,2009(3)：173-174.
[32]于志秋.桥面铺装层裂缝的原因及防治措施[J].四川建筑,2009,29(1)：201-202.
[33]刘悫.桥面铺装混凝土裂纹产生的原因及防治措施[J].中小企业管理与科技,2008(11)：162.
[34]冯占昭.水泥混凝土桥面铺装病害产生的原因及预防措施[J].中国科技博览,2009(1)：91.
[35]Silf werbrand J. Improving Concrete Bond in Repaired Bridge Deck[J]. Concrete International,1990,12(9):61-66.
[36]徐洪涛.桥面铺装层的受力分析及承载力研究[D].天津：河北工业大学,2003.
[37]崔建伟.桥面铺装结构性能数值仿真分析[D].郑州：郑州大学,2005.
[38]王虎,胡长顺,王秉纲.简支梁桥梁端处桥面连续铺装层结构计算分析[J].西安公路交通大学学报,2000,20(4)：1-3.
[39]柳和平,罗立峰,汤立群.简支梁桥接缝处连续铺装层的结构计算分析[J].中国交通建设监理,2006(9)：53-55.
[40]许涛,黄晓明.混凝土桥沥青铺装层力学计算分析[J].合肥工业大学学报：自然科学版,2004,27(6)：653-657.
[41]要兴雷.高等级公路桥面混凝土铺装层计算方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2004,6(2)：4-6,12.
[42]顾兴宇,吴一鸣.钢桥桥面铺装层间剪应力影响因素及简化计算[J].交通运输工程学报,2007,7(3)：70-75.
[43]S.Zhou, D. C. Rizos, M. F. Petrou. Effects of Superstructure Flexibility on Strength of Reinforced Concrete Bridge Decks [J]. Computers and Struetures,2004(82):13-23.
[44]张健康,胡光伟,俞先江,等.大跨径钢桥面铺装体系关键技术研究进展[J].交通运输工程与信息学报,2008,6(2)：12-20,42.
[45]徐伟,白海涛,张肖宁.大跨径混凝土斜拉桥桥面铺装力学数值模拟分析[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35(6)：750-754.
[46]F. Seible, C. T. Lathma. Analysis and Design for Stuctural Concrete Bridge Deck Overlays[J]. Journal of Structural Engineering,1994,19(2):55-60.
[47]赵洋.系杆拱桥吊杆更换研究[D].杭州：浙江大学,2006.
[48]程华才.桥梁柔性构件更换若干问题的探讨[D].合肥：合肥工业大学,2007.
[49]郝超,裴崛山,张士中.斜拉桥索力测试新方法—磁通量法[J].公路,2000(11)：30-31.
[50]陈兵,朱正刚,罗特军.中、下承式拱桥吊杆体系研究[J].四川建筑,2002,22(4)：29-31.
[51]W.G.Godden. The Lateral Buckling of Tied Arches and The Design Of network arches[J]. The Structural Engineer,1996,3(4):496-514.
[52]Zhong Liu, Fang Li, W. M. Kim Roddis. Analytic Model of Long-Span Self-Shored Arch Bridge[J]. Journal of Bridge Engineering,2002,7(1):14-21.
[53]虞建成,邵容光.系杆拱桥吊杆初始张拉力及施工控制[J].东南大学学报,1998,28(3)：112-116.
[54]吴文清,王成树,刘国昌,叶见曙.大跨度系杆拱桥柔性吊杆张力监测和参数识别研究[J].公路交通科技,2007,24(1)：70-73.
[55]顾安邦,徐君兰.中、下承式拱桥短吊杆结构行为分析[J].重庆交通学院学报,2002,21(4)：1-3.