独塔斜拉桥维修加固后的监测研究
时间：2023-04-20 20:20:04 来源：千叶帆 本文已影响人
郑如岩
（山东省滨州公路工程有限公司，山东 滨州 256600）
桥梁在公路运输系统中发挥着重要的作用。由于荷载和环境等方面的因素，会导致桥梁使用性能逐年衰退，结构安全出现问题，从而使桥梁产生病害，耐久性降低。对桥梁进行维修加固是既有桥梁健康、安全运行的保障。为验证加固效果，掌握加固后桥梁结构实际工作状况，对桥梁进行监测。针对监测到的各类安全问题，可采取措施，对症下药，以延长桥梁预期的使用寿命。本文以某独塔斜拉桥为研究对象，对维修加固后的桥梁进行监测，对监测的方法及结果进行分析研究。
一独塔混凝土斜拉桥，主跨90m，桥梁全长155m，宽度33m，单索面，塔梁墩固结，全桥共设14对拉索，索间距为4.0m，近塔端设有28m的无索区段，边墩附近设有20.67m无索区段。设计荷载为城市-A级，人群荷载为3.5kPa，地震设防烈度为7度。主梁采用变截面箱梁，塔根处梁高为5.0m，跨中梁高为3.0m，梁高变化段在塔根无索区段，变化线型为半径16229圆曲线。箱梁断面为单箱五室，箱梁底宽25.4m，顶宽33m，其中悬臂3.8m。斜拉索锚固在中室内。箱梁断面的主梁可以提供较大的抗扭刚度，与单索面拉索相适应。主塔截面为椭圆形，下大上小逐渐变化。索塔布置在中央分隔带，与主梁和桥墩固结。索塔总高度42m，分为两段，其中下段高27m，椭圆变化段，下端椭圆截面的断面尺寸为5m×3m，上部椭圆断面尺寸4m×2m，椭圆长轴与桥梁纵轴线重合，上段高度14.68m，由断面尺寸4.2m×2m的椭圆变化至直径为0.5m的圆。塔顶设不锈钢装饰件，塔身采用凹形曲线条美化。斜拉索为单索面，竖琴式布置，水平倾角20°，全桥14对，共28根。拉索采用OVM200型钢绞线群锚体系，每根拉索有73根环氧树脂全涂钢绞线组成。拉索采用三层防护体系，除环氧树脂全涂防护外，钢绞线还外裹PE带，最后再整束钢绞线外套PE管。
综合桥梁2014年检测结果，按照Ⅰ类养护的城市桥梁，该桥评定为不合格；
检测单位建议立即限制交通，组织修复。该桥存在的主要病害如下：
（1）边跨梁体翼缘多处渗水、泛白严重，梁体混凝土表观质量差、蜂窝麻面；
B2#索锚固截面附近混凝土表面大面积腐蚀、颗粒松散脱落；
B2#索锚固截面梁体腹板发现竖向裂缝；
B9#索锚固截面附近腹板存在纵向裂缝。
（2）中跨梁体各节段间下缘呈折线型，腹板中间位置有纵向通长修补痕迹，多处翼板节段接缝渗水，泛白；
梁体存在多处修补痕迹，混凝土表观质量较差[1]。
针对该桥存在的问题，相关方进行了维修加固。为验证加固效果，掌握加固后桥梁结构实际工作状况，制定监测方案，并对桥梁进行科学监测。
3.1 监测目的和内容
监测目的：为了解和掌握加固后桥梁结构实际工作状况，监测塔顶顺桥向偏位、桥面线形、斜拉索索力测试等参数变化规律和发展趋势，确保桥梁安全运营，为正确分析、评价、预测工程治理等提供可靠资料和科学依据[2]；
为桥梁建立健康档案，指导桥梁养护及维修。
监测内容：主要包含塔顶顺桥向偏位、桥面线形、斜拉索索力测试等内容。
3.2 监测程序和仪器
监测程序：桥梁相关资料调查→方案制定→现场监测（塔顶顺桥向偏位、桥面线形、斜拉索索力测试）→资料、数据整理分析→提交正式定期监测报告。
本次监测主要配备表1所示的仪器设备。
表1 监测配置的主要仪器设备
4.1 桥面线性
大桥跨径组成为60m+90m，桥面恒载线形测点设置于每跨的墩台顶、斜拉索位置，测点设置于靠护栏处的桥面铺装上。线形高程测量采用精密水准仪测量，采用在桥面铺装上打入不锈钢测钉做标记，作为永久测点，以塔柱位置处测点为相对参考点，桥面线形测点布置示意图如图1所示，东、西侧相对高程如图2、图3所示。从中可以看出，北岸边跨基本成直线形，南岸中跨成下凹形；
2016年1月份检测数据显示，西侧相对高程最大值为-0.331m（位于Z7#索附近），东侧相对高程最大值为-0.334m（位于Z7#索附近）；
2016年6月份检测数据显示，西侧相对高程最大值为-0.3239m（位于Z7#索附近），东侧相对高程最大值为-0.3199（位于Z6#索附近）；
2017年1月份检测数据显示，西侧相对高程最大值为-0.3384m（位于Z7#索附近），东侧相对高程最大值为-0.3333m（位于Z6#索附近）。2017年1月份与2016年6月份检测数据相比：西侧相对高程最大值相差14.5mm（下挠），东侧相对高程最大值相差13.4mm（下挠）。2017年1月份与2016年1月份检测数据相比：西侧相对高程最大值相差7.4mm（下挠），东侧Z6#索附近相对高程值相差4.3mm（下挠），东侧Z7#索附近相对高程值相差-3.3mm（上挠）。
图1 桥面线形测点布置示意图（单位：m）
图2 西侧桥面恒载线形测试结果
图3 东侧桥面恒载线形测试结果
4.2 桥塔偏位
塔顶顺桥向偏位测量采用全站仪测量，在塔身顶部边缘切线、塔身分肢处边缘切线，作为永久测点[3]，塔顶顺桥向初始偏位测点布置见图4，2016年1月、2016年6月检测结果及本次监测测量结果如表2、表3所示。从表中可以看出，2016年6月主塔东侧立面顺桥向偏位最大值为103.1mm；
2016年6月主塔西侧立面顺桥向偏位最大值为90.0mm；
2017年1月主塔西侧立面顺桥向偏位最大值为88.7mm；
2017年1月主塔东侧立面顺桥向偏位最大值为88.6mm；
2017年1月主塔东侧立面顺桥向偏位最大值88.6mm与2016年1月主塔东侧立面顺桥向偏位最大值92.9mm相差4.3mm，偏向南岸（河跨）。
图4 主塔顺桥向偏位测点布置示意图（单位：cm）
表2 2016年1月主塔东侧立面顺桥向偏位数据
表3 2016年6月主塔东侧立面顺桥向偏位数据
4.3 索力监测
拉索索力直接反映索结构桥梁持久状况下的内力状态，是评价斜拉桥承载能力的重要指标。既有桥梁拉索索力测量通常采用振动法[4]。
本次检测主要是利用环境脉动（如大地脉动、风动），测定拉（吊）索基本频率的激励方法。
2017年1月斜拉索索力监测结果表明：北岸边跨60m跨斜拉索索力与设计值最大偏差8.64%，小于10%，60m跨实测索力与理论索力对比见图5；
南岸中跨90m跨斜拉索索力与设计值最大偏差8.72%，小于10%。
图5 60m跨实测索力与理论索力对比
2017年1月实测索力换算成应力，最大应力达640MPa，小于平行钢丝的容许应力。
综上所述，对维修加固后的独塔斜拉桥进行监测，得到的结论如下：
（1）桥面线形监测结果表明：北岸边跨基本成直线形，南岸中跨成下凹形。原下挠数据为0.242m，2016年1月下挠数据为0.334m（位于Z7#索附近东侧），2016年6月监测下挠数据为0.3239m（位于Z7#索附近西侧），2017年1月监测下挠数据为0.3384m（位于Z7#索附近西侧）。
（2）主塔顺桥向偏位监测结果表明：原主塔顺桥向偏位为76.3mm，2016年1月主塔顺桥向偏位为92.9mm，2016年6月监测主塔顺桥向偏位为103.1mm，2017年1月监测主塔顺桥向偏位为88.6mm。
（3）斜拉桥索力监测结果表明：2016年1月北岸边跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.67%；
南岸中跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.80%；
2016年1月实测索力换算成应力，最大应力达661MPa，小于平行钢丝的容许应力[σ]=0.4f pk=708MPa。2016年6月北岸边跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.59%；
南岸中跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.68%；
2016年6月实测索力换算成应力，最大应力达635MPa，小于平行钢丝的容许应力708MPa。2017年1月北岸边跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.64%，小于10%；
南岸中跨索力与设计值最大偏差绝对值为8.72%，小于10%；
2017年1月实测索力换算成应力，最大应力达640MPa，小于平行钢丝的容许应力708MPa。
总之，从监测结果看，维修加固后的独塔斜拉桥处于相关规范规定要求的安全运营状态。
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