中承式钢管混凝土拱桥新增吊杆法加固技术研究——文献学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于2017年《中外公路》第37卷第1期，作者勾红叶、李凯强、滕凌、许会燕均来自西南交通大学土木工程学院，研究受中央高校基本科研业务费专项资金和中国铁建股份公司科技研究开发计划资助。研究以玉带桥吊杆加固为工程背景，介绍了一种主动加固吊杆的方法——新增吊杆法，并通过三维数值仿真分析和施工过程控制验证了其可行性。

中承式钢管混凝土拱桥（Concrete Filled Steel Tube Arch Bridge）是我国大跨拱桥的主要结构形式之一。吊杆作为连接主拱和桥面系的竖向受力构件，其可靠性直接关系到桥梁的使用安全和行车舒适性。吊杆在运营过程中长期承受拉应力，同时受到环境腐蚀、疲劳荷载、温度变化等因素的影响，容易出现不同程度的损伤，包括腐蚀减薄、疲劳裂纹、锚固区损伤等。

加固方法对比与技术选择

传统更换吊杆法的局限性

传统的吊杆加固方法主要是更换吊杆，即拆除损伤吊杆、安装新吊杆。这种方法虽然直接有效，但存在以下问题：

• 破坏结构局部受力：拆除吊杆后，原吊杆承担的荷载需要重新分配，可能引起相邻吊杆和主拱的受力突变，对结构造成二次损伤。
• 施工风险高：在运营桥梁上更换吊杆需要临时支撑措施，施工过程复杂且风险较大。
• 工期长：逐根更换需要较长的施工周期，影响桥梁正常使用。

新增吊杆法的原理与优势

新增吊杆法是一种主动加固方法，其核心思路是在原有吊杆系统之外增设新的吊杆，通过新吊杆分担原吊杆的荷载，降低原吊杆的应力水平。这种方法的优点包括：

• 不破坏原结构受力体系：原有吊杆保留，新增吊杆逐步承担荷载，过渡平稳。
• 施工风险低：新增吊杆的安装过程对原结构影响小，可在运营状态下施工。
• 可调控性强：通过控制新增吊杆的初始拉力，可以精确调控荷载分配比例。

数值仿真分析与结果

加固前后对比

文献通过三维数值仿真分析了吊杆加固前后拱肋内力、吊杆内力和拱桥稳定性的变化：

施工过程控制

施工过程中的监控数据验证了设计计算的正确性：

• 新增吊杆拉力实测值与计算值符合较好，说明设计计算模型准确。
• 桥面高程变化最大未超过6mm，说明加固过程对桥面线形影响极小，满足施工精度要求。

工程实践中的关键技术问题

新增吊杆的布置与构造

新增吊杆的布置需要综合考虑以下因素：

• 间距匹配：新增吊杆的间距应与原吊杆间距协调，避免局部受力突变。
• 锚固方式：新增吊杆在拱肋和桥面系的锚固需要可靠，通常采用焊接锚固或锚具锚固。
• 施工可行性：新增吊杆的安装空间、吊装路径等需要现场勘察确认。

荷载分配控制

新增吊杆法的核心在于荷载分配的精确控制。施工过程中需要：

1. 先安装新增吊杆但不施加预拉力，确认安装质量。
2. 逐步施加预拉力，每级加载后监测原吊杆应力和桥面线形。
3. 根据监测数据调整预拉力，直至达到设计分配的荷载比例。
4. 锁定预拉力，完成加固。

这一过程体现了"测量-分析-调整-验证"的闭环控制思想，类似于PDCA循环在工程中的应用。

关键疑问与思考

新增吊杆法虽然施工风险低，但也带来了一些需要关注的问题。首先是长期荷载分配问题：新增吊杆与原吊杆的材料性能、刚度、温度膨胀系数可能不完全一致，长期运营中荷载分配比例是否稳定？其次是腐蚀防护问题：新增吊杆增加了结构中的钢构件数量，其防腐维护成本如何控制？第三是抗震性能问题：新增吊杆改变了原结构的刚度分布和阻尼特性，对桥梁的抗震性能有何影响？这些问题虽然本文未深入探讨，但在实际工程应用中必须考虑。

学习心得与总结

本文以玉带桥为工程背景，系统介绍了新增吊杆法的原理、实施过程和效果验证，具有较强的工程实用价值。新增吊杆法作为一种主动加固方法，其"不破坏原结构、逐步加载、精确控制"的理念值得在桥梁加固领域推广。从技术角度看，三维数值仿真与施工监控的结合验证了方法的可靠性，桥面高程变化不超过6mm的结果令人信服。对于桥梁检测和加固工程师而言，本文提供了一个成熟、安全、可行的吊杆加固方案。然而，该方法的成功实施高度依赖于施工过程的精确控制和监测数据的及时反馈，这要求施工团队具备较高的技术水平和丰富的现场经验。