预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加固施工过程分析.pdf

第 3 4卷 第 1期 2 O 1 2年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g V o 1 3 4 N O 1 Fe b2 Ol2 预 应力混凝土斜拉桥合龙段置换 加 固施工过程分析 李宏江 ( 交通运输部 公路科 学研 究院， 北京 1 O O O 8 8 ) 摘 要 ： 预 应 力混凝 土 斜拉 桥合 龙段 置换 加 固技 术是 为 解决合 龙 段 与相 邻 主 梁节段 之 间的 湿接 缝 失 效 问题 而提 出的 。为分析 这 种加 固技 术 的 受 力特 点 ， 介 绍 了这 种加 固技 术 的 实现途 径 和施 工要 点 ， 建立 了典 型的预 应力 混凝 土斜拉 桥 的 结构 计 算模 型 ， 系统 地给 出 了施 工阶段 分 析 的 方 法 ， 包括 合龙段置换的结构基准计算模型的建立和合龙段置换施工过程的模拟， 依据计算结果， 分析 了合龙 段置换过程 中桥面线形、 索力以及塔顶偏位等结构状态参数的变化。研究表 明， 采用该方法能够反 映斜拉 桥 结构状 态 的 实际变化历 程和 现 状检 测结 果 ， 模 拟 计 算 结 果与 合 龙段 置 换施 工监 测结 果 较 为吻 合 ， 从 而揭 示 了合 龙段 置换施 工过 程 结构的 变化特 点 ， 可为预 应 力混 凝 土斜拉 桥 合龙 段 置换 加 固的设计 计算和施 工控 制提 供依 据 。 关键 词 ： 预 应力 混凝 土 ； 斜拉桥 ； 加 固； 置换 ； 施 工过 程 中 图分 类号 ： U4 4 5 7 文 献标 志码 ： A 文 章编 号 ： 1 6 7 4 - 4 7 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 4 7 - 0 7 Co ns t r u c t i o n S t a g e Ana l y s i s o n Re p l a c e m e n t o f Cl o s u r e S e g m e n t i n Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Ca b l e s t a y e d Br i d g e s L I H o n g - j ia n g ( Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Hi g h wa y ，Th e Mi n i s t r y o f Co mmu n i c a t i o n s ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 ，P R Ch i n a ) Ab s t r a c t ： To d e a l wi t h f a i l u r e o f we t j o i n t b e t we e n a c l o s u r e s e g me n t a n d i t s n e i g h b o r i n g s e g me n t s o f ma i n g i r de r i n a n e xi s t i ng pr e s t r e s s e d c on c r e t e c a b l e s t a ye d br i d ge，t he t e c hn o l og y o n r e pl a c e me n t of c l os ur e s e gme n t wa s pr e s e n t e d I n or d e r t o a n a l y z e s t r u c t ur a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t hi s t e c h no l o gy， i t s t e c hn i c a l a p pr o a c he s a n d c o ns t r uc t i o n ke y po i nt s we r e i nt r o d uc e d The n a FEM m o de l f o r a t y pi c a l pr e s t r e s s e d c on c r e t e c a bl e s t a y e d br i d g e wa s e s t a bl i s he d，a nd a c o ns t r uc t i o n s t a g e a n a l ys i s me t ho d wa s g i ve n i n d e t a i l ， i n c l u d i n g e s t a b l i s h i n g a s t r u c t u r a l b a s e me n t c a l c u l a t i o n mo d e l f o r r e p l a c e me n t o f c l o s u r e s e g me n t a n d s i m u l a t i ng i t s c o ns t r uc t i on p r oc e d ur e s Ba s e d u po n c a l c u l a t i o n r e s u l t s，v a r i a t i o ns o f s o m e s t r u c t u r a l s t a t e p a r a me t e r s wi t h c on s t r u c t i on s t a ge s， s u c h a s d e c k de f l e c t i o n o f ma i n gi r d e r ， l o n gi t u d i na l h or i z o nt a l d i s pl a c e me n t a t t h e t o p o f py l o ns ， c a bl e f or c e s，we r e a n a l y z e d The r e s ul t s s ho we d， t h i s me t h o d c o ul d r e f l e c t a c t ua l c h a ng e pr o c e s s of s t r u c t u r a l s t a t e a n d e x i s t i n g i n s pe c t e d r e s u l t s o f c a bl e s t a y e d br i d g e，a nd F EM r e s u l t s c o u l d we l l me e t wi t h c o n s t r u c t i o n mo n i t o r i n g r e s u l t s d u r i n g r e p l a c e me n t o f c l o s u r e s e g me n t Thu s va r i a t i on s of s t r uc t ur a l c h a r a c t e r i s t i c s wi t h c on s t r u c t i on s t a g e s c ou l d a c t ua l l y b e r e v e a l e d Thi s m e t ho d c ou l d pr o v i de r e f e r e n c e s f o r de s i gn a nd c o ns t r uc t i o n c on t r o l o f r e pl a c e me n t o f c l o s ur e s e g m e nt i n e xi s t i ng p r e s t r e s s e d c o nc r e t e c a bl e s t a y e d b r i dg e s Ke y wo r ds ： p r e s t r e s s e d c o nc r e t e； c a bl e s t a y e d b r i d ge s ； s t r e ng t he n i ng； r e pl a c e me nt ； c on s t r u c t i on s t a ge s 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 - 0 8 基金项 目： 交 通运输部 西部 交通 建设科技 项 目( 2 0 O 7 3 1 8 2 2 3 4 O ) 作者简介 ： 李宏江( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 博士 ， 副研究员 ， 主要从事大跨桥梁加 固理论与设计方法研究 ， ( E ma i l ) h j 1 i r i o h e n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 4 卷 合龙是大跨度预应力混凝土斜拉桥 ( 以下简称 “ P C斜拉桥” ) 成桥连梁 的关键环节， 合龙段通常为 现浇混凝土块件 ， 故它与相邻主梁节段之 间的连接 一 般为湿接缝形式 。受到节段问混凝土龄期和收缩 性 能差异 的影 响 ， 湿 接缝 混 凝 土 的抗拉 强 度 往 往 比 节段 内混凝土降低很多_ 1 。若接缝混凝土压应力 储备不足或接缝构造存在缺陷， 在长期反复荷 载作 用下容易发生开裂 ， 随运营时间的累积 ， 裂缝宽度和 深度 逐渐 增大 ， 进而 造成接 缝处 钢筋 断 裂 ， 最 终 形成 结构安全隐患， 天津永和大桥便 是如此 。针 对这种 病害， 常规的加固方式难以根除隐患 ， 于是合龙段置 换加 固技术便应运而生了。天津永和大桥主跨合龙 段的构造 、 预应力的布置形式及合龙方式 等均决定 并提供了置换的可行性 ， 使得它率先在这项加固技术 上做出了探索与实践 。尽管合龙段置换加 固技术 有着它的使用范围或适用条件， 但其加固计算方法对 今后旧桥加固设计理论及施工控制技术 的发展却具 有重大而深远的参考与借鉴意义。本文结合该桥的 维修加固工程， 给出其主跨合龙段置换施工过程的仿 真计算方法， 诠释施工过程中主要结构状态参数的变 化规律 ， 以揭示合龙段置换加固技术的特点。 1 永和大桥简介 天津 永和 大桥 为 5 孔 一联 、 主孔 跨径 2 6 0 r n 、 双 塔 双 索 面 、 塔 墩 固结 、 连 续 呈 漂 浮 体 系 的 P C 斜 拉 桥 ， 如图 1 所示。该桥主梁梁高 2 0 m， 包括风嘴总 宽 1 4 5 i n ， 由 2个 三角形边箱组成半封闭式断面 ， 如图 2所示 ， 主梁 的架设 方法是 以塔 柱 为 中心 ， 对称 向两侧逐对悬拼并挂索， 主梁预制块件之间用环氧 树 脂胶 接 ， 并接 长 和张拉纵 向预应 力 筋 ， 挂完 7对索 后 ， 与岸跨现浇段合龙 ， 并解除梁端临时水平约束 ， 形成半桥状态 ， 此时进行一次全面调索 ， 其 目的是调 整半桥悬臂端标高 ， 同时进一步减小索力误差。半 桥调索后继续悬拼挂索施工， 待 2个半桥均挂完 1 1 对索后进行中跨合龙。中桥合龙后 ， 再进行一次全 面调索 。最后 ， 进行桥面二期恒载施工 。主跨合龙 段的设计长度为 4 3 m， 其纵 向预应力钢 筋采 用交 叉锚固方式布置， 如图 3所示。 。 r ， 营 意 I2 5 1 5 l 9 9 8 5 2 6 0 f 9 9 8 5 l2 5 1 图 1 天津永和大桥总体布置 ( 单位 ： I l 1 ) 图 2主跨合龙段横 断面 ( 单位 ： c m) 4 3 m ( 跨现浇合龙段) = = = = 赢 力 簏 预 一 而 _ 制 块 ( 件 ， 轧丝锚加联 妾 北 21 ， 图 3合 龙 段 纵 向预 应 力 交 叉 锚 固 方 式 该桥建成于 1 9 8 7年 ， 运营 1 8 a后 ， 主跨合龙段 与南侧 2 1 预制节段之间的湿接缝开裂， 裂缝上窄下 宽 ， 下缘开裂宽度达 l O c m， 车辆过桥时裂缝宽度具 有明显的活动性 ， 现场实测活动 幅度达 9 mm。另 外 ， 接缝处存在部分普通钢筋及预应力钢筋 断裂 的 现象 ， 造成接缝接近失效状态。后来 ， 为彻底消除安 全隐患 ， 该桥 首次进 行 了主跨合 龙段 置换 加 固工 程 引。 2合龙段置换加 固技术 与建筑结构中的置换混凝土加 固方法相似 ， 合龙 段置换加 固技 术的实现途径包 括原 合龙段 的拆 除 、 新 合龙段的恢复以及新合龙段的加强。原合龙段的安 全拆除是实现置换的先决条件。新合龙段 的恢复， 其 施工工艺有些 类似新桥合龙 的过程 ， 新 老混 凝土 的结 合是关键。新合龙段的加强， 是采用有效措施建立新 合龙段 自身的合理应力状态 ， 加强新合龙段附近梁段 的局部刚度及其 与原结构主梁的连接。下面结合天 津永和大桥 ， 介绍该技术的关键环节。 2 1 劲性 骨架 为保证原合龙段拆除后桥跨结构仍处于连梁状 态， 需要在原合龙段拆 除前对其进行体 外锁定 ， 同 时， 为保证新合龙段混凝土的浇筑质量 ， 也需要两半 桥悬臂端的相对位置 固定。这样 ， 劲性骨架在合龙 段置换中扮演着至关重要 的作用， 其 自身的强度、 稳 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 期 李宏江， 等： 预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加 固施工过程分析 4 9 定性及其与主梁悬臂端连接 的可靠性均决定着施工 的成败。劲性骨架的设计可参考原桥合龙时采用的 构造 ， 并根 据 现场 情 况 予 以适 当 的加 强 。劲 性 骨 架 通 常选 择 在夜 间气 温 较 低 且稳 定 的 时段 安 装 ， 要 求 焊接迅 速完 成并 形成 刚接 7 。 2 2压重 调节 参照现有大跨 度桥梁 的合龙工艺 ， 原合龙段的 拆除、 新合龙段的浇筑总体上均遵循浮箱换重 的原 则 ， 即桥面设置压重水箱 ， 通过调节水箱的重量来保 持桥跨荷载的均衡 。当然 ， 出于施工控制的要求 ， 桥 面压重也 可依 据结 构 的实际反 应适 当加 以调 整 。 2 3 施 工 吊篮 为便于合龙段拆除与重新浇筑施工 ， 需要在合 龙段下方设置施工 吊篮， 用以提供工作平 台。施工 吊篮锚固在与合龙段相邻 的主梁节段上 ， 可采用钢 构件 拼装 而成 ， 桥 面临时荷 载统 计时 需计入 其重 量 。 2 4新 老混凝 土 结合面处 理 新老混凝土结合面的处理方式通常包括凿毛和 植筋 。原合龙段拆除后， 对新老混凝 土结合 面应严 格凿毛， 并按照文献 8 规定的构造要求进行植筋。 在结合面处 ， 永和大桥原设计含筋率仅 0 5 ， 合龙 段拆除后的现场统计计算表明， 实际含筋率更低 ， 远 未达到原设计要求 。按照宁波招宝 山大桥的加固经 验l g ， 本次合龙段置换使其含筋率不低 于 1 ， 植筋 抗 拔力 由现场 工艺 试验 确定 。 2 5 新 合龙 段混 凝土 的浇筑 新合龙段混凝土材料应具有高流动性 、 高强、 无 收缩 、 与原结构混凝土粘结强度高等特点口 ， 同时 为保证其浇筑质量 ， 应在浇筑时机、 养生措施等方面 加强 控制 。 2 6新 合龙段 的加 强 可联合采用扩大截面法与体外预应力法 。永和 大桥新合龙段置换 中， 采用 了增厚新合龙段 附近局 部 梁段 的直腹 板并 在其 内布设 并 张拉 无粘 结 体外 预 应力的加强措 施 ， 加强 范围为 主跨合 龙段 两侧 各 9 3 m 长 的梁 段 ， 直腹 板 平均增 厚 5 4 c m。如 图 4所 示 ， 同时设置 1 o束 5 1 5 2 4 mm的环氧喷涂无粘结 钢 绞线 ( 运营 中可 补 张拉 或 更 换 ) ， 交 错 分 散 地 锚 固 在 主梁 的横 隔板上 ， 如 图 5所示 。 图 4 新合龙段扩大截面加强 ( 单位 ： c m) 赢腹板增厚 赢腹板增厚 图 5新合龙段体外预应 力加强 3 置换过程 的仿真计算 3 1 计 算模 型简 介 合龙段置换施工过程的仿真计算采用平面杆系 分析 程序 ( Dr B r i d g e ) ， 以原 桥 竣 工 时 的实 测 线 形 、 主梁重心轴与拉索索点的对应关系确定主梁节点和 拉索梁端锚 固点的坐标 ， 计算模型如 图 6所示。其 中， 主梁为预应力混凝土单元， 索塔为钢筋混凝土梁 单元 ， 拉 索采 用索 单元模 拟。全 桥划 分 主梁单 元 1 6 0个 ， 索塔单元 3 4个 ， 索单元 4 4个 ( 同一索号的 4 根索束合并成一根) ， 桥台及辅助墩处约束主梁竖 向 位 移 ， 塔 墩底 部 固结 。 图 6永 和 大 桥 计 算 模 型 3 2结 构现 状模 拟 1 所谓 结构 现状 ， 是指 合龙段 置换 前 的结 构状 态 。 经过 近 2 0 a的运营 ， 永 和大 桥 的病 害 突 出表 现 在 主 跨合龙段的失效 ， 除此之外 ， 还存在着索力变化以及 由此而引起 的桥跨局部下挠 。当然 ， 主梁 纵向预应 力也会 存 在损 失 ， 况 且该 桥 主 梁 的 架设 采 用 了预 制 拼装方 法 ， 预应 力筋 为精轧 螺纹粗 钢 筋 ， 预应 力筋 有 效程度 短 ， 通常 损 失 会很 大 。结 构 现状 模 拟 的 目的 就是建立合龙段置换 的结构基准模型 ， 是合龙段置 换施工过程模拟 的起点 ， 该基准模 型须反 映合龙段 置 换前 大桥 的现状 检测 结果 ， 如桥 面线 形 、 索 力 以及 塔 顶偏 位等 。 首 先 ， 按 照原 桥 实 际施 工 过程 进 行 施 工 阶 段 分 析 ， 并依据原桥 主要施工阶段的实测桥面线形 、 索力 以及塔位等分阶段地修正模型的结构参数口 ， 使计 算成桥状态最终逼近原竣工成桥时的实测状态 ， 同 时也兼顾原施工过程关键阶段的受力 ， 如边跨合龙 、 半桥状态 、 主跨合龙等， 以此作为后面分析的初始计 算模 型 。 对比分析合龙段拆除前的结构现状检测结果与 原竣 工 的技术 状 态 之 间差 异 ， 确 定 结 构 现 状模 拟 的 逼近 目标 ， 在前述初始计算模型基础上 ， 考虑运营期 主要因素的影响， 增加如下几个施工阶段 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 4 卷 1 ) 混凝 土收缩 徐 变 1 8 a ， 收缩 徐 变 效 应 按 文献 1 3 计算 。 2 ) 主跨合龙段与南 2 1 预制节段之间的接缝退 化为铰 ， 在接缝处释放合龙段单元的转动约束 ， 使合 龙段单元 的弯矩得 以释放 ， 通过这一简化来近似模 拟 湿接缝 失 效 。 3 ) 根据计算索力 与检测索力之间的误差 ， 通过 索力张拉或放松 的方式进行迭代计算， 以逼近检测 状 态 。 尽管经过多年 的运 营， 大桥主梁 的预应力通常 会存在较大损失， 但对于混凝土斜拉桥的主梁而言， 主梁的内力 、 应力受拉索的水平分力影响较大 ， 主梁 内部设置的纵 向预应力主要用来抵抗使用阶段荷载 的作用 ， 如 活载等 。基 于此 ， 本 文忽 略 了预 应力 损 失 对 主梁 应力 状态 的影 响 ， 而 是在 施 工 中将 主 梁 关 键 截 面 的混 凝 土应 力 增 量 变化 作 为 主 要 监测 对 象 ， 以 弥补模拟计算误差的影响， 并通过计算应力增量与 实测值进行 比对 ， 以对模拟计算的有效性进行评判 。 这 里所说 的“ 增量 ” 系指 施工 动作所 引 起 的主梁 混 凝 土 应力 变化 ， 而混 凝 土 应 力 的实 际状 态 很 难 通 过 监 测 或检 测手 段来获 得 。 经上 述模 拟 后 ， 桥 跨 结 构 的计 算 状 态 在 桥 面 线 形 、 索力 、 塔顶偏位等指 标方 面均接 近 了检 测状 态 ， 可 用作合龙段置换的结构基准模型。当然， 该模型中主 梁的整体刚度取值是否合理可采用温度效应进行检 验 ， 检验的方法可参照文献 1 5 ， 这里不再赘述。 3 3 合龙 段置换 过 程模拟 结合天津永和大桥， 合龙段置换过程大致分为 如 下 6 个 基 本 的施 工工 序 ： 1 ) C S 1 ： 铲除合龙段桥 面铺 装， 安装施工 吊篮， 焊接劲性骨架以锁定原合龙段。 2 ) C S 2 ： 桥面压重条件下拆除原合龙段 。 3 ) C S 3 ： 绑扎钢筋骨架 ， 布设新合龙段预应力钢 筋 ， 浇 筑新 合龙段 混凝 土 ， 撤 除桥 面压 重 。 4 ) C S 4 ： 张拉新合龙段预应力钢筋， 并解 除劲性 骨架 ， 拆除施工 吊篮。 5 ) C S 5 ： 主梁 扩大 截 面加 强新 合龙段 。 6 ) C S 6 ： 张拉 体外 预应力 加强 新合龙 段 。 在前述结构基准模型建立 的基础上 ， 按照上述 工序增加相应的施工 阶段来模拟合龙段置换过程 ， 单元及 荷载 的模 拟方 法如下 ： 劲性骨架 ： 考虑到它是 由工字钢拼接而成的主 要 以承受轴力为主的构件， 按照其 实际位置建立钢 构件单元 ， 顶缘和底缘的上、 下游 2根工字钢分别合 并 成 1个 ， 不考 虑 工字 钢 之 间 的横 向联 系 。 由于 工 字钢于主梁之间采用焊接方式连接 ， 故耦合钢构件 单元的节点与主梁悬臂端节点之间的所有平动及转 动位移 ， 即将其视为固结处理 。 临时荷 载 ： 施 工 吊篮 的 重量 以集 中荷 载 形 式 施 加在悬臂端 。压重水箱按施工拟定 的位置 以均布荷 载形式施加在南 、 北半桥悬臂各 1 7 4 I il 范围的梁段 上 ， 压 重量按 实 际情况 考虑 。 合龙段单元的拆除与安装 ： 在合龙段位置预先 建立 2套单 元 ， 分别 用 来 模 拟原 合 龙 段 的拆 除 与 新 合龙 段 的安 装 ， 新合 龙 段 的扩 大截 面部 分 以程 序 中 的附加截面方式模拟 ， 并在不同施工 阶段分别激活 其重量和刚度。合龙段预应力的解除与恢复也是采 用类 似 的方 式 ， 即建 立 2套预 应力 。由于在 D r B r i d g e中， 体内预应力钢筋一旦灌浆便无法拆除 ， 故 事先在保证主梁断面预应力管道挖空面积不变的前 提下 ， 将原合龙段预应力筋近似模拟为体外预应力。 这样 ， 直接拆除体外 预应力即可实现原合龙段预应 力 的释放 效果 ， 而新 合 龙 段 的 预 应力 钢 筋 不 存 在 此 问题 。另 外 ， 新 合龙 段 加 强 部 分 的无 粘 结 预 应 力 筋 需要额外单独地以体外柬的方式赋给程序。 根据上述施工过程， 合龙段 置换 的关键受力状 态 如图 7所示 。从 原 桥 架设 至合 龙 段 置 换 完 毕 ， 仿 真计算模型的施工 阶段总计 1 2 7个 ， 其 中原桥施工 过程模拟 1 0 3个 ， 结构现状模拟 1 4个 ， 合龙段置换 过程 模拟 1 0个 。 南塔 E 塔 p ig j C 南 1 I l lI c C I 1 ：m ：I C I 1 I t p ，J 预 制 节 鹱 劲 骨 合 龙段 L L L P 4 P ( a 1 原合龙段的锁定 南塔 北塔 ! 啦 预 制 节 段 劲蚀骨架 ( b ) 原合龙段的拆除 ( c ) 新合龙段的恢复与加强 图 7 合龙段置换关键受力状态 4 结构状态参数分析 从图 7可以看到 ， 合龙段置换过程的关键 阶段 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 期 李宏江， 等 ： 预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加 固施工过程分析 5 1 为原合龙段拆除后和合龙段置换后 ( 包括新合龙段 恢复及其加强) 。对于 P C斜拉桥而言 ， 主要的结构 状态参数包括桥面线形 、 索力 以及塔顶偏位等。下 面以原合龙段拆 除前的状态为基准 ， 分析这些状态 参数的仿真计算结果 ， 并与置换施工过程 中的监测 结 果进 行 比较 。 4 1桥面 线形 通过测量桥面线形高程 ， 可以反 映主梁挠度的 变化。合龙段置换施工 中对主要受力状态 的桥面线 形 进行 了跟踪 观测 。系统温 差桥 面线 形影 响 相对 较 小 _ 1 ， 况 且合龙 段 置 换 工 程 历 时 4 6 d ， 期 间 环 境 温 度拨动较缓 ， 故系统温差的影响可忽略不计 。同时， 为避免 日照 温差 的影 响 ， 桥 面线 形 测 量 均 选 择 在 早 晨 进行 。 与合龙段置换前相 比， 原合龙段拆除后及合龙 段 置换 完 成后 的桥 面 线形 变化 如 图 8所 示 。从 图 8 可以看到， 原合龙段 的拆 除后， 主梁悬臂端发 生上 抬 ， 待新合龙段恢复并加强后 ， 主梁线形又基本得 以 恢复， 计算位移与施工监测结果较为吻合。合龙段 置换后 ， 实测主梁跨 中附近产生轻微的下挠， 其原因 是 由于 新合龙 段混凝 土 超方 1 5 所致 6 。 -_ 翥 釜 黪 合龙段拆除后计算一 等 龙段拆除属实浸 I 畚 龙段置换后计算一 合龙段置换后宴测 。 一 - 一_ 。 - - _ - != _- -L一 一 0 一 一 一一 0 2 5 5 0 7 5 1 0 01 2 5 1 5 8 1 9 0 2 2 3 2 5 5 2 8 8 3 2 0 3 5 23 8 5 4 1 04 3 5 4 6 0 4 8 5 5 1 0 与天津侧梁端的距离， m 图 8 合龙段置换过程的桥面线形变化 4 2 索力 合龙段置换施工中对主要受力状态进行了索力 跟踪监测 ， 索力测试采用振动法。图 9示 出了合 龙 段置换过程的全桥索力变化分布 ， 图中的索力系指 同一索号的 4根索束的合计值 。由图 9可以看 到， 合龙段置换过程 中长索 的索力变化相对明显 ， 计算 索力增量与施工监测结果相 比， 相 当数量索号的索 力增量误差还是较大的， 分析其原 因是合龙段置换 过程基本上遵循 了浮箱换重原理， 桥跨恒载变化不 大 ， 因而索力变化有限， 即索力变化的绝对值较小 ， 这是造成计算索力增量与实测值误差较大的主要原 因 ， 但从 图 9可看到 ， 二者的变化 趋势是基本一致 的 ， 经计算 ， 所出现的误差不足合龙段置换前实测索 力 的 3 。 4 3 塔 顶偏 位 合龙段置换施工中对主要受力状态的塔顶偏位 进行了跟踪测量 ， 采用高精度经纬仪进行索塔垂直 度测量， 进而测出塔顶沿纵桥向的偏位。由于系统温 差对塔顶偏位影响较大 ， 根据测量时的大气温度与 合龙段置换前的初始测量温度之间的差异 ， 对主要受 力状态的塔顶偏位进行系统温差修正。同时， 为避免 日照温差的而影 响， 塔顶偏位测量时间亦选择在早 晨。表 1 列 出了合龙段置换过程的塔顶偏位变化。 由表 1可以看出， 合龙段拆除后， 两索塔塔顶均向岸 侧倾斜， 合龙段置换完成后又 向河侧倾斜 ， 其原因是 新合龙段加强及新合龙段混凝土超方造成 中跨恒载 略有增大， 计算结果与施工监测结果较为吻合。 郭 长 2 0 0 l 0 o O 1 0 0 2 0 o 3 0 0 1 5 0 墓 鄂0 一5 0 一l 0 0 口实测 计算 l 0 0 n n 。 n 柚 。 l m n n n fu 【 “ “ h ll ll l “ U 0 0 ” ( a ) 合龙段拆除后 口实测 计算 2 _ _ II II I 1 。 ll lI I 1 0 INi ll 。 0 “ 霍 霍 翟 甚 翟 霍 -r-r 善 豆-,we 要 呈 量 、 、 、 -n 。 _ 、 一 索 号 ( b ) 合龙段置换后 图 9 合龙段置换过程的索力变化 表 1 合龙段置换过程的塔顶偏位变化 注 ： 塔 顶偏 位 以 向侗 侧 倾 斜 为 正 。 4 4混凝 土 应力 变化 利用 布置 在测 点处 的外贴 式钢 弦应 变计 进行 各 施工阶段的应力测试。应变测量前 ， 需读取初始读 数和环境温度 ， 通过温度补偿对测点数值进行修正。 表 2列出了主梁关键断面应力测试结果及其与相应 计算值的比对 。 由表 2可以看到 ， 合龙段拆除引起的应力增量 数值相对较大 ， 而合龙段置换后 ， 主梁关键截面的应 力增量数值 明显的减小 ， 即趋近于合龙段置换前 的 状态 。实测应力增量与计算值基本接 近， 个别部位 误差 较大 ， 这一 方 面 是 由于实 际结 构 中的 混凝 土 应 力受到多种因素 的影响， 另一方面是 由于模拟计算 中主要关注了索力、 桥面线形 以及塔位等结构总体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 4 卷 注 ： 应 力 以 受压 为正 。 指标的变化， 而对 于混凝土应力的模拟采取 了相对 较 多 的假 设 和近 似 ， 但 这并 未 影 响 实 际 工程 的施 工 控制， 其计算精度亦能满足工程的要求 ， 至于混凝土 应力的精细化分析尚需进一步研究。 5 结论 P C斜拉桥合龙段置换过程复杂 ， 存在结构受力 模式、 结构刚度及荷载变化 ， 采用施工阶段分析方法 模 拟其施 工过 程 ， 以捕 捉结 构 状 态 的 变 化是 非 常 必 要的， 是旧桥加固设计计算 和施工控制的基础和依 据 。通过 对天 津永 和大桥 主跨合 龙段 置 换全 过程 的 模拟计算 ， 可以得到如下结论 ： 1 ) 结构基准计算模型是进行合龙段置换过程仿 真计算的起点 。P C斜拉桥的设计与施工高度耦合 ， 结构应力状态与施工过程紧密相关 ， 因此， 基准模 型 需 要考 虑原桥 施 工 过程 以及 运 营期 因素 的影 响 ， 根 据施工监测和现状检测结果对理想化 的初始计算模 型进行修正是非常必要 的， 这样建立起来的结构基 准模型才能反映结构 的实际受力状态 。 2 ) 根据合龙段置换技术的实现途径 ， 其施工过 程分析的要点包括劲性骨架 的模拟、 临时荷载的简 化以及合龙段单元的拆除与安装等 ， 其中， 合龙段单 元的拆除与安装是关键。本文是采用建立 2套单元 及 2套预应力钢筋来实现 的， 原合龙段的预应力钢 筋以体外预应力方式等效模拟 。 3 ) 通过对 比仿真计算结果与施工监测结果可 以 发现 ， 本文对合龙段置换加 固施工过程的模拟是有 效的。计算桥面线形和塔顶偏位的变化与实际情况 较为吻合 ， 尽管计算索力增量与实际变化存在误差， 但其基本趋势是一致的。 4 ) 合龙段置换的计算结果表 明， 施工过程 中桥 跨结构状态变化是有 限的， 而这恰恰是合龙段置换 加 固技术的显著特点， 这对 于运营多年的老桥 而言 确保合龙段置换过程中结构的安全是非 常重要 的。 新合龙段混凝土超方及新合龙段加强所增加 的主梁 重量等的消极影响可充分利用斜拉桥拉索的可调性 进 行适度 改善 。 参 考 文献 ： 1张开敬P C 、 P P C梁 分段 施工 接缝 混凝土 抗拉 强度 降 低 系数 的试验研究I- J 桥梁建设 ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 6 - 8 Z HANG KAl - J I NG Ex p e r i me n t a 1 i n v e s t i g a t i o n o f t e n s i l e s t r e n g t h r e d u c t i o n f a c t o r s o f c o n c r e t e a t c a s t i n - p l a c e j o i n t s o n P C，P P C s e g me n t a l g i r d e r s J B r i d g e Co ns t r uc t i on，2 0 00，3 0( 1)： 6 - 8 2 B AR KA N M KA VL 1 c 0G L u， F AR AMAR Z GORDANI NE J AD，MEHDI S AI I DI ，e t a 1 Be h a v i o r o f a g r a p h i t e e p o x y - c o n c r e t e b r i d g e g i r d e r J C o mp o s i t e s Pa r t B： Eng i ne e r i ng，2 00 6，37( 2)： 1 71 18 1 r 3ZH0U XI AN( 、rMI NG， NE l L MI C KLEB OROUGH ， L I Z 0NGJI N S h e a r s t r e n g t h o f j o i n t s i n p r e c a s t s e g me n t a l b r i d g e s J AC I S t r u c t u r a l J o u r n a l ，2 0 0 5 ， 1 0 2 ( 1 ) ： 3 1 1 4 TUR MO J 0 s E，R AMO S G，AP AR I C I O A C S h e a r s t r e n g t h o f d r y j o i n t s o f c o n c r e t e p a n e l s wi t h a n d wi t h o u t s t e e l f i b r e s a p p l i c a t i o n t O p r e c a s t s e g me n t a l b r i d g e s J E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s ，2 0 0 6 ，2 8 ( 1 ) ： 2 3 33 5 L I H ON G - J I A NG S t a t u s a n d d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g i e s o f ma i n t e n a n c e a n d s t r e n g t h e n i n g f o r e x i s t i n g P C c a b l e - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 期 李宏江， 等： 预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加 固施工过程分析 5 3 s t a y e d b r i d g e s C P r o c e e d i n g s o f t h e 1 0 t h I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o f Ch i n e s e Tr a n s p o r t a t i o n Pr o f e s s i o na l s ， ASCE。2 01 0 6李宏江 ， 李 万恒 ， 张劲泉 ， 等 天 津永和大桥 的维修与加 固I- J 世界桥梁 ， 2 0 0 9 ， 6 ( 1 ) ： 5 3 5 6 L I HONG J I ANG， LI W AN HENG， Z HANG J I N QUAN， e t a 1 Re h a b i l i t a t i o n a n d s t r e n g t h e n i n g o f Y o n g h e B r i d g e i n Ti a n j i n J Wo r l d B r i d g e s ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 1 ) ： 5 3 5 6 7张欣 禹 ， 郎宏 继 ， 孙 庆东 ， 等 沈 阳市富 民主桥合 龙设计 J 桥 梁建设 ， 2 0 0 4 ， 3