东苕溪特大桥系杆拱吊杆索力调整施工技术
2021-10-14褚继荣曹鹏
褚继荣 曹鹏
中国铁路上海局集团有限公司杭州工务段,杭州310000
1 工程概况
宣杭(宣城—杭州)铁路东苕溪特大桥全桥孔跨采用21~32 m后张法预应力混凝土T梁+112 m提篮式系杆拱桥+2×32 m后张法预应力混凝土T梁+24 m后张法预应力混凝土T梁+8×32 m后张法预应力混凝土T梁[1-2],如图1所示。
图1 东苕溪特大桥主桥
宣城侧21号墩位于德清县东苕溪防洪大堤上,杭州侧22号墩位于杭州市西险大塘防汛通道上。主桥为112 m下承式尼尔森体系钢管混凝土提篮式系杆拱桥,梁全长116 m,其中计算跨径为112 m,矢跨比为1∶5[3-4]。吊杆采用尼尔森体系布置,吊杆在拱肋平面内水平夹角在52.1°~68.67°,横桥向水平夹角为77°[3-6]。吊杆间距为8 m,交叉的两根吊杆中心距为341 mm。除边吊杆采用139根φ7的平行钢丝束外,其余吊杆采用127根φ7的平行钢丝束,吊杆外设防护[7-8]。
2 病害情况
该桥于2005年竣工并投入运营。2011年检测全桥吊杆力未发现异常。2017年检测发现全桥吊杆力的分布发生较大变化[9],见表1。
表1 各吊杆实测索力
2017年下行线4号吊杆索力损失严重,其索力与2011年偏差31%,已超过规范值(±10%)[10]。须调整全桥吊杆索力,调索时控制单次单根吊杆索力与设计索力的差值在±5%内,使桥梁结构达到相对理想受力状态,线形更接近设计线形。
3 吊杆索力调整数值模拟
3.1 有限元模型
采用MIDAS/Civil 2017建立了东苕溪特大桥主桥模型(图2),模型全长116.0 m,计算跨径112.0 m,宽15.0 m,高22.4 m。上行线吊杆编号如图3所示。下行线编号与上行线相对应。
图2 东苕溪特大桥主桥模型
图3 上行线吊杆编号
3.2 吊杆索力调整方案
在成桥状态下由系杆拱桥的两端向跨中分8批,按设计值对11根吊杆索力进行调整,见表2。
表2 吊杆索力调整批次及设计值
3.3 模拟结果
调整11根吊杆的索力后,测试了全桥上下行共48根吊杆的索力。各吊杆索力调整前实测值、数值模拟值和原设计值对比见图4。可见,按拟定方案调整吊杆索力,可以使上行线2、5、6、7、8、11、12、2'、3'、4'、8'、10'号,下行线1、2、4、8、2'、3'、5'、10'、11'号吊杆索力恢复至接近设计值。与调整前相比,调整后全桥吊杆索力分布相对均匀,但与设计值还有一定的差距,吊杆索力突然增大的问题没有得到解决,上行线9号、下行线9'号吊杆索力分别比设计值增大了27.9%、30.1%,同时上行线10号和下行线的6、10号吊杆索力偏低。
图4 各吊杆索力调整前实测值、数值模拟值和原设计值对比
4 吊杆索力调整现场施工
4.1 调整顺序和基本要求
按数值模拟的调整顺序和原设计值进行现场施工,吊杆索力调整期间必须停电,桥面上无列车活载。
4.2 索力调整张拉装置
张拉装置由下垫板、张拉螺母、张拉杆、张拉反力架、压力传感器、张拉杆螺母、组合千斤顶组成,见图5。
图5 索力调整张拉装置
4.3 工艺流程
1)施工准备
查阅相关竣工图纸,核实吊索规格、锚具尺寸等参数,为调整装置设计以及传感器的选择提供依据。每天施工时间短,应配备足够的施工人员及备用的设备,并仔细检查设备状态,减少故障的发生,提高天窗内的工作效率。
2)拆除护栏、吊杆锚头防护罩和清理油脂
临时拆除对调整有影响的爬梯及护栏,拆除吊杆锚头防护罩,清理锚头上的油脂。
3)张拉装置安装、调试
依次放置下垫板、旋入张拉连接头和张拉杆,安装张拉反力架、压力传感器、张拉杆螺母和组合千斤顶,接好油泵以及传感器显示器(图6),完成张拉前的准备工作。
图6 现场安装张拉装置
启动油泵,缓慢进油,观察吊杆锚固螺母与锚垫板的结合情况,待螺母刚刚脱离锚垫板时记录传感器数据,此值即为该吊杆的锚固索力。
4)正式调整吊杆索力
先将吊杆索力放松为0,然后分三级重新张拉至设计值,每级张拉值不应超过设计值的40%。根据传感器读数,记录索力值。由监测单位复核索力,检验合格后,方可固定吊索锚具螺母,拆除张拉装置,完成单根吊杆的张拉。
分8批(参见表2)对上行线2、2'、3、3'、4'、5、7号,下行线2、2'、3'、4号共11根吊杆的索力进行调整。
5)恢复吊杆锚头防护罩和护栏
对11根吊杆索力全部调整完毕后拆除张拉装置,给锚头重新填充防腐油脂,恢复锚头防护罩,并用封锚密封胶密封。将拆除的护栏恢复,清理现场杂物。
4.4 吊杆索力调整效果
分批调整11根吊杆索力后,现场实测了全桥48根吊杆的索力。实测值与数值模拟值对比见图7。可知:①调整后上行线1、4号吊杆索力实测值分别比数值模拟值低6.6%、7.5%,其余吊杆索力相差不大;②调整后下行线1号吊杆索力实测值比数值模拟值大11.6%,下行线2、4、2'号吊杆索力实测值分别比数值模拟值低5.9%、5.1%、5.8%,其余吊杆索力相差不大。
图7 调整后吊杆索力实测值与数值模拟值对比
5 结语
东苕溪特大桥下行线4号吊杆索力损失严重,制定了由系杆拱桥两端向跨中分8批对11根吊杆索力进行调整的方案。数值模拟结果显示,采用该方案可以将下行线4号吊杆索力恢复至接近设计值,全桥48根吊杆索力分布也比调整前均匀。现场调索完成后,全桥索力与有限元模拟值比较吻合。