特大桥加固方案详解及桥梁耐久性设计实例图文并茂

从XX特大桥加固工程浅谈桥梁耐久性设计主要内容一.工程概况二.加固设计思路及关键技术三.桥梁结构耐久性问题的思考及实例四.问题与讨论工程概况1.1桥梁概况

XX大桥是广州东南西环快速路的一座特大桥,主桥为

76m+360m+76m三跨连续中承式刚架系杆钢管混凝土拱桥,

施工采用平转和竖转的方法。1.2营运环境东南西环是连接XX高速公路、广州东西部的交通要道，日均车流量为11万辆，其中55t以上的占10%，即使在限载15吨期间，拦截的超载车的重量高达180t。1.3检测情况

2008年检查对大桥进行检查，发现主要受力构件钢横梁出现裂纹,由于发展较快，随后采取了压缩车道、限载等措施,

并开展了检测、试验、设计等工作。

施工方法采用竖转加平转相结合，平转转体每侧重量达13680吨，是第一座平转加竖转的万吨转体桥梁。

在设计时对部分重要构件提出了可换、可调的概念，为本次维修加固带来方便。1.2营运环境1.3检测结果：总体情况：XX大桥2006年检查发现轻微病害，2009年针对主桥的健康状况进行全面检查和检测。检测结果表明大桥的整体受力处于弹性工作状态，大桥主拱钢管砼结构、拱座、纵横梁钢结构防腐等主要构件状况良好。静载试验主要结论：(1)结构整体处于弹性工作状态;(2)结构实测刚度满足设计规范要求；…………..…………….(7)边拱应力和挠度校验系数均满足《评定规程》的要求，结构受力状态正常。主拱整体质量良好涂装设计使用寿命一般为15年，拱肋、桥面系钢结构涂装使用近11年，质量较好。1.3检测结果：横梁病害情况1.3检测结果：横梁病病害情况小纵梁纵横梁连接处横梁加劲肋裂纹发展迅速大横梁裂纹端部打止裂孔孔1.3检测结果：其他病病害情况减震体挤压变形吊杆下锚头主拱支座锈蚀横梁水迹主要内容一.工程概况二.加固设计思路及关关键技术三.桥梁结构耐久性问问题的思考及实例例四.问题与讨论加固思路及关键技技术2.1工程特点及设计原原则2.2纵横梁加固思路及及关键技术2.3吊杆设计及更换关关键技术2.4支座更换2.1工程特点及设计原原则工程特点：（1）车流量大，只能能夜间封闭8小时；（2）必须按更换吊杆杆-加固横梁-增设纵梁-桥面铺装的顺序进行，不能平平行作业。（3）每片大纵梁的尺尺寸都不同，须按按现场测量的数据据加工；（4）全桥共18万套高强螺栓，现现场配钻和安装精精度要求高、难度大。设计原则：（1）安全性：适当增增大安全系数和提提高抗风险能力；；（2）耐久性：控制应应力幅及加强防腐腐设计。2.2纵横梁加固思路及及关键技术加固思路：1、横梁加固设计：：除对裂纹处理外外，增设下翼缘钢钢板，降低应力和应力幅幅；2、增设大纵梁：1）原桥面系刚度小小，在车辆行驶作作用下振动较大，，通过加固改造提高桥面面系的整体刚度，，改善桥梁的车振振性能；2）增设大纵梁使各各吊杆受力分布更更加均匀；即使某某根吊杆发生意外断裂，，加劲纵梁可以起起到临时承载的作作用，避免严重事故的发生生，从而提高了桥桥面系的抗风险能能力。2.2纵横梁加固思路及及关键技术关键技术：1、既有构件空间位位置测量：加固构构件与原桥结构的高精度匹配。2、钢结构裂纹处处理：采用角钢钢代替原焊缝。。2、钢构件连接处处理：原喷锌构构件摩擦面处理理，高强螺栓连接；横梁加固设计横梁断面示意图图横梁加固后L形构件32mm钢板原因：应力和应应力幅过大，疲劳损伤伤。措施：增加钢板板降低应力和应力幅，提高横横梁耐久性。横梁加固设计车辆横向布置图图1.8m1.3m1.8m1.3m1.8m吊杆0.5m2.5m轮轴3x3.75m1.5%0.5m1m中央防撞墙系杆中横梁加固前后横梁应应力对比表荷载恒载活载恒+活加固前应力(Mpa)85规范设计荷载上缘-22.8下缘88.6砼板-8.2加固前应力(Mpa)考虑汽车超载上缘-39-221下缘145261砼板-12-23加固后应力(Mpa)04规范设计荷载上缘-183-27-210下缘11740157砼板-11-4-15-182.4116.6-10.4-182.4116.6-10.4-205.2205.2-18.6钢横梁加固效果果试验结论：加厚钢板板同原结构协同同工作状况良好，结构构应变加固前后后降低幅度与理论计算算值接近，加加固达到预期目的。增设大纵梁大纵梁布置图纵横梁布置图红色所示为增设设大纵梁位置增设大纵梁加固前更换图片加固后增设大纵梁大纵梁与横梁连连接处应力分析析经过计算分析，，在最不利活载载作用下，大纵纵梁与横梁连接接处应力幅63.1Mpa，远小于原小纵纵梁与横梁连接接处应力，抗疲疲劳性能大大提提高。钢构件连接处理理技术难点：1、新旧钢板间摩摩擦面处理：保保留原有热喷锌锌层（打掉聚氨酯面面漆），抗滑滑移系数应满足足规范要求。2、钻孔：工厂预预钻孔位与现场场横梁孔位须精精确对孔，允许误差差1mm；3、高强螺栓施工工要求：施拧必必须在无汽车荷荷载下进行；在夜间间（22:00－6:00）封闭交通，一一个晚上完成一片片横梁上的全部部高强螺栓（2000颗）初拧、终拧拧；新旧钢板间摩擦擦面处理摩擦系数试验现场摩擦面抗滑移系数大于于规范0.45的要求。原有热喷锌层与与基材的附着力大于规范5.9Mpa的要求。保留原热喷锌层层高强螺栓施拧夜间现场施拧钢构件钻孔校和扭矩扳手完成施拧原桥既有构件测测量•特点及难点1、高强螺栓多，，定位精度要求求高（1mm）；2、原桥梁采用焊焊接与高强螺栓栓连接的精度要要求不同，存在误差差；3、大桥运营多年年的结构变形，，局部有旁弯。。钢结构匹配难度度大原桥的三维测量量工作量大原桥既有构件测测量•测量内容1）横梁平整度测测量2）横梁旁弯测量量3）横梁扭转测量量4）横梁和腹板的的转角5）大纵梁连接段段上下翼缘高度度6）大纵梁连接面面的平整度7）大纵梁两个连连接面的高差……原桥既有构件空空间位置测量大纵梁测量测量现场2.3吊杆设计和更换换关键技术•系杆是系杆拱桥桥的生命线，吊吊杆则是桥面系的生命线线；•由于吊杆锚头的的一部分在预埋埋管道内，难以进行检测测和及时更换，，往往容易导致出现事故故。近年来吊杆失效效，导致桥面垮垮塌的事件新疆孔雀河大桥桥垮塌福建省武夷山公公馆大桥垮塌四川宜宾小南门门桥吊杆设计和更换换关键技术1、系杆失效的原原因：2、原有吊杆检测测情况；3、吊杆设计考虑虑的因素；4、更换方案。吊杆失效的原因因：1、锈蚀：锚具防防水措施过于简简陋，无法防止水渗透和和冷凝水出现；；2、HDPE护套耐老化性能能差；3、疲劳损伤：要要求安全系数不不小于2.5，应力幅200MPa/200万次。在车流量量大、重车多时，，疲劳破坏。斜拉索锚头防腐腐失效目前尚无可靠的的技术手段对每根吊杆和锚锚具的锈蚀情况进行检测和和评估？锚头生锈锚头渗水XX大桥原吊杆防水水措施原吊杆防水系统统为：预留管内内填充发泡聚氨氨酯，外加防护护密封罩。渗水渗水原有吊杆检测情情况拆换并解剖，检检查内部锈蚀情情况。外包PE段状态较好，但但锚头有锈蚀。。螺母锈蚀黄油劣化原有吊杆检测情情况实测吊杆应力幅幅在采取限载措施施后，实测活载载应力幅仍高达187Mpa！吊杆设计思路1、加固后增加的的恒载增加，安安全系数降低,小于规范要求安全系系数2.5的允许值，需要要提高安全系数；2、实测应力幅较较大，需要降低低吊杆的应力幅幅。同时车流量较大大，但由于缺乏乏有效的数据，，无法准确判断吊杆的的剩余寿命，存存在安全隐患；；3、吊杆的锚具有有部分锈蚀，但但由于程度不同同，且目前缺乏可靠靠的技术手段对对每根吊杆内部部进行检测和评估。新新吊杆应提高防防水、防腐性能能。增大截面，降低低应力幅，提高高安全度旧吊杆截面新吊杆截面GJ15-37钢绞线整束挤压压拉索，截面面积增大，安安全系数3.56，降低应力81Mpa，3根吊杆安装传感感器，采样10次/S91φ7的高强度低松弛弛镀锌平行钢丝束，加固固后恒载加大，安全系数2.162.3吊杆更换关键技技术改进吊杆防腐设设计，提高防腐腐能力旧吊杆平行钢丝外挤双双层HDPE新吊杆环氧涂层钢绞线线+双层HDPE，且HDPE材料均选择耐侯侯性能更好新吊杆采用全密密封多重防水系系统改进吊杆防腐设设计，提高防腐腐能力新锚头设计：表表面进行锌加防防腐，增设油脂脂防腐，填充性性能更优的密封材材料，改进密封封构造，增加密密封性能。应用：新化快速速路斜拉桥拉索索锚固端加强型型防水设计2.3吊杆更换关键技技术吊杆更换现场照照片2.4支座更换支座锈蚀新支座旧支座钢构件为为A3钢；新支座钢构构结构采用耐候候钢ZG20Mn。主要工程数量表表项目1.钢结构1.1横梁1.2纵梁2.高强螺栓3.普通螺栓4.吊杆5.球形钢支座数量1662.76512818354010088132/120.564单位t片片套套根/t个主要内容一.工程概况二.加固设计思路及及关键技术三.桥梁结构耐久性性问题的思考及及实例四.问题与讨论桥梁结构耐久性性问题的思考及及实例1、XX大桥加固工程把把安全性和耐久久性作为设计的原则则，是多年来在在桥梁建设和加固过程的体会会。在重交通地地区，由于疲劳损伤导致结构构破坏的问题应应引起重视；2、提高结构耐久久性方面，对钢钢结构防腐设计考虑不足；容容易忽略的措施施，是控制构件的应力幅。3.1结构耐久性问题题对策结构耐久性问题对策力学角度钢构件控制应力幅混凝土钢筋应力幅物理防护钢构件砼保护层厚度混凝土配合比防化学物质侵蚀蚀防腐涂层隔离措施混凝土3.3控制应力幅提高高耐久性及工程程应用铁路桥规关于钢钢筋应力幅的规规定实例一T梁横隔板加固广州北环高速公公路车流量大，，高峰达24万辆/日，全线以T梁为主，横隔板板病害严重，实实测应力幅超过200Mpa，加固设计参照照铁路规范，加加固后实测低于100Mpa，主梁协同受力力状态得到改善善，06年加固至今，无明明显病害发展。横隔板加固前实例二横隔板板改进设计广州新化快速路路的T梁横隔板设计：：调整钢筋规格，应力幅幅从208.7Mpa降低到130Mpa左右。优化调整后实例三伸缩缝伸缩缝破环的原原因很多，按照照超载车计算时时，伸缩缝强度、刚度均满满足规范要求，，但疲劳应力在在超载车情况下下不能满足规范要要求，这里主要要针对超载车作作用下结构的疲疲劳破坏而进行的的伸缩缝的构造造改进。伸缩缝改进思路路：适度考虑超超载车辆(按轴重30T)，减小支撑箱间距，，加大型钢尺寸寸，加强支撑梁梁与中横梁焊缝缝，改善型钢应力幅幅，提高伸缩缝缝钢构件的耐久久性。实例三伸缩缝改进三年大修使用五年破坏坏情况伸缩缝破坏重要要原因之一：应应