大跨度地锚式斜拉桥无轴力中间铰维修校正施工

大跨度地锚式斜拉桥无轴力中间铰维修校正施工

陈志敏1>2,陈诚〃

(1.中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司，湖北武汉430074;2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北武汉430034)

摘要：郧县汉江大桥为(86 + 414 + 86) m地锚式预应力混凝土斜拉桥，跨中设置4个无轴力中间铰(4个闭合钢箱），无轴力 中间铰可以纵向滑移，同时传递桥梁剪力与弯矩。由于运营过程中索力变化、结构自身收缩徐变和桥梁风雨活荷载振动，无 轴力中间铰往一端滑移后导致其发生一端卡死、一端可滑移的现象。为了使无轴力中间铰归位并保持两端可自由滑移的工 作状态，通过病害情况调查，根据无轴力中间铰钢箱偏移调查结果，结合其工作情况，拟定了施加外力法、温差位移法和调整 标高后施加外力法3种维修方案。该桥按照施加外力法方案，在无轴力中间铰钢箱端头安装反力架，反力架与钢箱刚接，利用 千斤顶顶推反力架，反力架受力后通过刚性连接拖拉钢箱，成功将4个无轴力中间铰钢箱拖拉至设计位置。关键词：斜拉桥；预应力混凝土结构；无轴力中间铰；闭合钢箱；病害；维修方案；施加外力法；桥梁维修加固 中图分类号：U448. 27;U445. 7

文献标志码：A

文章编号=1671 — 7767(2017)03 — 0079 — 05

1概述

郧县汉江大桥为（86 + 414 + 86) m地锚式预应

力混凝土斜拉桥（见图1)，两岸地锚式桥台长均为 43 m，全长586 m。该桥是我国20世纪90年代初 期设计、建成的主跨400 m以上的特大型地锚式斜 拉桥工程之一，系同期修建的亚洲最大、世界第二跨 度的地锚式预应力混凝土斜拉桥[1]。

图2无轴力中间铰结构布置示意

营过程中索力变化、结构自身收缩徐变和桥梁风雨 活荷载振动等)[24]，出现故障及病害，进而导致大桥 的受力偏离原设计状态，严重的将影响桥梁结构安

图1

郧县汉江大桥

全。因此，在桥梁运营过程中必须确保跨中无轴力 中间铰有效工作。

2002年8月对该桥进行检测，发现跨中无轴力 中间铰的4个钢箱均不同程度向十堰方向滑移，造 成郧县方向梁端限位角钢变形。2008年8月8日 无轴力中间铰钢箱因变形卡死，施工单位无法顶推 归位，经专家论证暂缓施工。针对该桥病害情况，为 了能让无轴力中间铰归位并保持两端可自由滑移的 工作状态，提出3种维修方案，并介绍无轴力中间铰 维修校正过程中的关键技术。

该桥桥塔与主梁分离，主梁与锚固桥台刚接，在 桥梁跨中设置4个可纵向滑移的无轴力中间铰（见 图2)。无轴力中间铰采用4个闭合钢箱，搁置在主 梁近跨中4个支承横梁上的钢框架内，钢箱支点四 周布置四氟橡胶滑板，每个断面上下左右各布设2 个四氟板支座，1个断面共计8个，1个钢箱共计布 设32个四氟板支座。该无轴力中间铰既保证了主 梁的伸缩，又能使其抗剪、抗弯扭。

该桥无轴力中间铰由于处于高次超静定的空间 结构中，容易受到其它构件变形、变位的影响(如运

收稿日期=2016 — 11 一 04

作者简介：陈志敏（1982 —），男，工程师，2006年毕业于华中科技大学土木工程专业，工学学士（-

Email:287368755@qq. com)。

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世界桥梁 2017,45(3)

2病害情况调查及维修方案

该桥新建时无轴力中间铰设计施工在国内尚属

的偏位。通过量测无轴力中间铰相对于横梁的外露 量，比较两侧的外露量可得出中间铰的偏移方向和 数值。通过测量，1号和4号钢箱需往郧阳侧位移 2. 5 cm归位，2号钢箱需往十堰侧位移3. 5 cm归 位，3号钢箱需往郧阳侧位移5. 5 cm归位。1号、2 号、3号钢箱均为偏移方向端不能移动，例如1号钢 箱十堰侧钢箱外露量为11 cm，十堰侧日常位移为0。

2.3其它情况

首次，且后续并无类似设计实例。该桥建成后多年 拟定过维修计划，但是并没有成功实施。此次维修 校正无任何经验可借鉴，施工前首先需调查无轴力 中间铰的位移情况和偏移状态、四氟板支座工作情 况和变形情况、限位角钢的变形情况和工作状态、是 否有其它约束情况；然后根据无轴力中间铰的位移 和偏移状态确定每个铰需校正的位移量，在确认四 氟板支座工作状态良好和无其它约束的情况下进行 校正归位;最后根据调查数据拟定维修方案。

检测发现，四氟板支座工作状态良好，无变形； 四氟板支座下方的不镑钢板工作状态良好无变形。 角钢限位与无轴力中间铰采用螺栓连接，当无轴力 中间铰位移至限位角钢与混凝土横隔梁接触时，此 时角钢起到限位作用，防止无轴力中间铰继续往远 离中线方向位移。据观测统计，有2个限位角钢变 形严重。另外，无轴力中间铰钢箱卡死端无其它约 束情况。

2.4维修方案

2.1

伸缩缝伸缩量统计

在伸缩缝横断面梳齿上布设5个观测点，量测

观测点到梳齿端头的距离，每2 h观测1次，连续观 测24 h，记录温度、时间和距离值。根据统计数据 得出：下午6点伸缩缝缝隙最小，上午10点伸缩缝 缝隙最大；24 h内伸缩量为18〜20 mm，当天环境 温度温差为10 °C，梁内温度温差为3 °C。2.2无轴力中间铰位移量统计

在4个无轴力中间铰上安装轴向位移计（见图 3) [5]。无轴力中间铰位移如表1所示。

针对病害情况调查结果，拟定了 3种维修方案， 维修方案如下：

(1)

完全卡死，其中3个钢箱可以一端伸缩，1个钢箱可 以两端伸缩，卡死端的钢箱承受梁体带来的正压力 不明，故不能通过公式计算出动摩擦力。施加外力 法维修方案即采用简单明确的施加外力法[6 7]顶推 分配梁，反力架拟采用焊接拼装钢结构桁架，将混凝 土箱梁的横隔梁[8]作为反力点，利用千斤顶顶推分 配梁，分配梁与钢箱之间采用工钢焊接，分配梁受力 后拖拉钢箱归位。施工时，利用2台50 t(千斤顶型 号为QL50-t，本体高度452 mm，行程250 mm)手摇 式千斤顶，采用单端2点同步顶推的方式顶推无轴 力中间铰。该方案的优点为施工方便，临时设施准 备时间短，焊接作业量小。

施加外力法维修方案。目前该桥钢箱并

图3传感器安装位置

(2) 温差位移法维修方案。当施加外力法维

分析表1可知，4个无轴力中间铰有3个一端 无法伸缩，1个两端可伸缩。

无轴力中间铰里程方向中心线应该与伸缩缝里 程中心线重合，目前无法从伸缩缝位置判断中间铰

表1

测点十堰侧1十堰侧2十堰侧3十堰侧4

最大位移

018. 4016. 2

方案不能成功将钢箱归位时，采用温差位移法维修 方案，即将基座支撑于混凝土横隔梁上，在基座上焊 接钢管并与分配梁连接，将钢箱的通长槽钢接长，焊 接至分配梁上。温差位移法维修方案临时结构布置

最大位移

16. 2017. 33. 4

无轴力中间铰位移

测点郧阳侧1郧阳侧2郧阳侧3郧阳侧4

/mm

变化情况不变化变化不变化变化

/mm

变化情况变化不变化变化不变化

两端合计

16. 218. 417. 319. 6

A

注：1、2、3、4代表钢箱编号。

大跨度地锚式斜拉桥无轴力中间铰维修校正施工 陈志敏，陈诚

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如图4所示。根据观测，钢箱每日在箱梁最高和最 低温度的伸缩量约为2 cm。在温度最低时，利用临 时设施锁定伸缩端，阻止伸缩端伸缩，让被卡死端伸 缩。在降温过程中观测钢箱位移情况，如果分配梁 变形严重或者临时设施变形严重，则该方案不可行。 如果降温过程中卡死端开始伸缩，则在温度最低时 段，对锁定端解锁让其自由伸缩，若此过程自由伸缩 至最高温度时段，卡死端的外露量较维修前小，说明 此方案基本可行，然后再锁定和解锁几个循环可将 M25斜拉索

A

P

ramX

板式橡胶伸缩缝

M25斜拉索

工字钢反力架 曰^250 300 田

醜滑板支座hiz

()纵断面

桥梁中心线

mm

E

田子轴士由丨、§1倚_%田 田无轴田

a

钢箱归位。

无轴^间

铰钢箱>7<

反力架

锁定装置

图4温差位移法维修方案临时结构布置

(3)调整标高后的施加外力法维修方案。若上 述2种维修方案无法将钢箱归位，说明钢箱因两侧 混凝土箱梁相对高差和偏位影响导致其一端卡死， 此时采用标高调整维修方案，即利用水通法（见图 5)测量每个无轴力中间铰的4角高程差，得出中间 铰的大致扭曲状态，然后根据扭曲状态在监控指令 下调整跨中8根索索力，微调2个箱梁端头的4个 角高程。高程调整过程中利用水通法及时观测中间 铰的4角高程，当高程接近或者相等时，再利用上述 顶推方式校正无轴力中间铰。

图5水通法示意

3无轴力中间铰维修校正施工关键技术3. 1

施加外力法维修校正无轴力中间铰技术首先采用施加外力法维修方案施工，该方案临

时设施布置示意如图6所示，主要步骤如下：

(1)焊接临时反力架（见图7)，安装手摇千斤

图6施加外力法维修方案临时设施布置示意

图7

反力架安装

顶，千斤顶支撑于混凝土横隔梁上，底部抄垫2 cm 厚钢板。

(2)

临时设施和千斤顶安装完毕后，手摇至

斤顶预紧，达到预紧程度后，测量两侧钢箱外露量并 记录，启动手摇式千斤顶，使千斤顶预紧，测量此时 千斤顶初始出缸量并记录。

(3)

记录完千斤顶初始数据后，2台千斤顶

步起顶，保持出缸量同步，使两边顶力同步。起顶过

程中量测千斤顶出缸量、钢箱两侧外露量，当钢箱两 侧外露量相同时持荷稳压5 min，再收顶。如果发 现钢箱回缩，再补顶。

千斤顶出缸顶推过程中观测无轴力中间铰的变 形情况和支座限位变形情况，若出现变形需立即停 止千斤顶顶推。50 t手摇式千斤顶标配的手摇杆， 摇动10次，千斤顶出缸量为1 mm，手摇过程中控

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制摇动次数让千斤顶出缸量保持同步，顶推速度3 经验可循，而且卡死状态不明确，故顶推拖拉过程不 能求快，需观测各个关键部位，防止结构性破坏和临 时设施破坏。

mm/min左右。由于无轴力中间铰顶推拖拉校正无

一致，强度等于旧角钢强度。原桥每个钢箱端部只 设置1个限位角钢，该次维修增加为每个端面上下 左右共4个限位角钢。角钢限位修复及加固满足规范要求[911]。4

结语

郧县汉江大桥为主跨414 m的地锚式预应力 混凝土斜拉桥，在桥梁跨中设置4个可纵向滑移的 无轴力中间铰。由于运营过程中索力变化、结构自 身收缩徐变和桥梁风雨活荷载振动，导致中间铰发 生一端卡死和一端可滑移的现象。根据病害情况， 并结合该桥独有无轴力中间铰的工作特点，针对性 地设计了施加外力法、温差位移法和调整标高后施 加外力法3种维修校正方案。2016年10月5日〜 25日，该桥采用施加外力法方案，即将4个无轴力 中间铰钢箱调整到设计位置，完成了无轴力中间铰 的维修校正。参 考 文 献：

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[4] 张新军，姚美.大跨度部分地锚式斜拉桥抗风稳定性

MIDAS中建立模型分析结 构受力，计算结果显示：在800 kN作用下(此作用

假设钢箱卡死，在

力为钢箱4周的四氟板支座锚固板抗水平拉力值， 大于此值支座有被拉脱的风险）结构最大轴向变形 量为2. 43 mm，最小和最大等效应力分别为164. 7

MPa和125. 5 MPa，结构安全可靠。

考虑到若无轴力中间铰两侧的混凝土箱梁产生 了高程变化，处于中间的无轴力中间铰的高程变化 应小于两边，4个无轴力中间铰按先中间后两边顺 序逐个维修校正，钢箱施工顺序定为3、2、1、4。 2016年10月5日〜25日，成功将4个钢箱拖拉(见 图8)至设计位置。

图8钢箱拖拉施工

参数研究[J].桥梁建设，2016,46(3):23 — 28.

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顶推拖拉校正完成后，经过2个月连续观测，4 个无轴力中间铰每天随温度变化，可两端自由伸缩， 但两端位移量并不相同。将来依然可能出现一端卡 死和一端自由伸缩现象，该次维修校正虽然解决了 暂时的两端可自由伸缩的问题，但并未根本上解决 其结构构造自身的问题。

3.2修复限位角钢

针对部分变形的限位角钢，首先解除其与跨中 钢箱的连接，然后修复其到正常工作状态或者更换 新的限位角钢，新限位角钢的尺寸和旧角钢要保持

Maintenance and Regulation of Axle-Load-Free Intermediate

Hinges of Long-Span Earth-Anchored Cable-Stayed Bridge

CHEN Zhi-min1 2，CHEN Cheng1 2

(1. Wuhan Bridge Special Technology Co., Ltd., China Railway Major Bridge Engineering Group, Wuhan 430074,

China； 2. State Key Laboratory for Health and Safety of Bridge Structures, Wuhan 430034, China)

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Abstract ： The Hanjiang River Bridge in Yunxian County is an earth-anchored prestressed con­

crete cable-stayed bridge with span arrangement of (86 + 414 + 86) m. Four axle-load-free interme­diate hinges, which can move longitudinally and transmit shearing force and bending moment of the bridge, are installed. Due to the cable force variation, creek and shrinkage of the structure and the wind and rain induced vibration of the bridge, the axle-load-free intermediate hinges had slid to­wards one side, as a result, the hinges were stuck at one end and could only move at the other end. To reposition the axle-load-free intermediate hinges and make them maintain the condition of free sliding at two ends, three maintenance schemes of adding external forces, temperature difference displacement method and adding external force after the elevation adjustment were proposed, through deterioration condition and offsetting investigation of the axle-load-free intermediate hin­ges as well as their working condition. The scheme of adding external force was chosen. Reaction force frames were installed at the steel box ends of the axle-load-free intermediate hinges and were rigidly connected with the steel boxes. When the reaction force frames began to carry loads, the steel boxes were dragged by the rigid connection, and successfully dragged the four axle-load-free intermediate hinges to the design position.

Key words： cable-stayed bridge； prestressed concrete structure； axle-load-free intermediate

hinge； closed steel box； deterioration； maintenance scheme； adding external force method； bridge maintenance and strengthening

(编辑：陈雷)