江苏某桥梁改造项目可研

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1、*市*大桥改造工程可行性研究二0一二年九月目 录1工程概况12技术标准43编制依据44桥梁检测情况64.1引桥桥梁检测情况64.2主桥桥梁检测情况84.2.1常规检测情况84.2.2荷载试验情况94.2.3桥梁检测的主要结论和建议95病害原因分析115.1主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算115.1.1设计状态验算115.1.2旧桥折减验算155.2主桥边跨（计算跨径76.5m）结构验算195.2.1设计状态验算195.2.2旧桥折减验算235.3病害原因分析结果285.4桥梁病害对桥梁结构造成的影响286病害对策306.1主要病害处理方案306.2重点难点吊杆的维修326.3主桥维修加固

2、施工步骤346.4引桥维修加固施工步骤366.5施工期间交通组织367消险后预期效果378工程投资估算388.1测算依据388.2测算结果399附录409.1有关的文件409.2验算报告469.2.1主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算报告469.2.2主桥边跨（计算跨径76.5m）结构验算749.3必要的图纸117*大桥改造工程可行性研究报告1 工程概况图1.1 栖霞大桥主桥总体照*大桥为跨铁路高架桥，起点位于迈化路东侧，跨过铁合金厂，二七油库、地方铁路三条铁路专用线、燕尧路、新十里长沟，与柳塘立交相接，全桥长843.54m（包括桥头搭板）。全桥由西引桥、主桥、东引桥三部分组成。桥梁全宽西

3、引桥为26m，主桥为34m，东引桥由于位于柳塘立交的变速车道上，全宽由26m过渡到46.4m。全桥最大纵坡为3.5，桥面横坡为1.5，桥梁位于竖曲线半径为12000m的凸曲线及9957.48m凹曲线上，凸曲线最高点位于主桥中跨跨中处。栖霞大桥图1.2 *大桥地理位置图1栖霞大桥图1.3 *大桥地理位置图2图1.4 *大桥主桥平面示意图（详图见附录图纸）主桥上部结构为三跨下承式系杆拱桥，计算跨径中跨为86.5m，边跨为76.5m，矢跨比为1/4.5，拱轴线形式为二次抛物线。拱肋采用钢管砼，断面形式为圆端形扁钢管，横向宽度为2.4m，竖向高度中跨为1.3m，边跨为1.2m。钢管由厚度为20mm的1

4、6Mn钢板制成。拱肋内灌40号砼，形成钢管砼结构。图1.6 主桥边跨主拱肋截面（单位：cm） 图1.7 主桥中跨主拱肋截面（单位：cm）系梁断面采用2.52.5m的箱形，并有2m的单侧悬臂，砼标号为50号，采用预应力来平衡拱肋的水平推力。图1.8 主桥系梁断面图（单位：cm） 图1.9 主桥横梁断面图（单位：cm）吊杆由1875高强钢丝外包PE护套制成，工厂生产，现场安装，吊杆间距中跨4.1m，边跨4m.吊杆锚头采用冷逐镦头锚，现场镦头。中横梁预制后通过现浇湿接头与系梁联接，端横梁整体现浇，横梁均为预应力砼结构，砼标号为50号，桥面板为厚度20cm的预制40号砼实心板，通过现浇湿接头与横梁联接

5、。上部结构为刚性拱刚性梁，桥面铺装为8cm整体化现浇混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+2cm沥青砂。下部结构基础采用1.2m钻孔灌注桩，承台为厚度2.5m的钢筋混凝土承台，立柱为2.42.4的方柱。靠近铁路的承台按与铁路线平行设置。引桥上部结构采用先张法预应力空心板梁和后张法预应力T梁两种结构形式，跨新十里长沟跨径30m采用T梁，其余均采用空心板梁。引桥均为简支结构，桥面连续，一般三跨一联。引桥下部结构基础为1m钻孔灌注桩。桥墩为柱式墩，111号、16号和17号墩为双柱式墩，1825号墩为三柱式墩。立柱均为1.31.3m方柱，盖梁为预应力混凝土倒T梁。桥台为埋入式框架桥台。具体结构布置见附图。*

6、大桥位于*大道，*大道为*市的主干道，交通流量非常大，且重车较多，交通非常繁忙。因此，对桥梁的使用性能和安全性要求也非常高。管养单位*市市政设施综合管理处非常重视该桥的运营状况，在2006年组织对*大桥进行了详细检测。检测结果表明*大桥的病害较为严重，按公路桥梁养护规范的标准该桥已经达到了四类桥的状况。为确保桥梁的安全运营，*市市政公用局向*市建设委员会提交了关于*大桥改造工程立项的请示。根据宁建综字【2007】318号文件关于同意*大桥改造工程立为准备项目的批复以及宁公综字【2007】187号文件关于编制*大桥改造工程可行性研究报告的通知的要求，该桥改造工程由*市市政工程建设处组织实施。江苏

7、省交通规划设计院有限公司承担了*大桥改造工程可行性研究报告的编制工作。2 技术标准根据*大桥设计文件及竣工资料，*大桥主要技术指标如下1. 设计荷载：汽车20级，挂车100；2. 设计车速：60km/h；3. 地震裂度：VII度。3 编制依据*大桥改造工程可行性研究报告主要依据以下合同和文件编制：1. 关于编制*大桥、龙蟠南路高架桥改造工程可行性研究报告的委托书；2. 宁公综字【2007】85号文件关于*大桥改造工程立项的请示；3. 宁建综字【2007】318号文件关于同意*大桥改造工程立为准备项目的批复；4. 宁公综字【2007】187号文件关于编制*大桥改造工程可行性研究报告的通知；5.

8、纬一路东段跨铁路高架桥施工图设计 （*市市政设计研究院 1998年2月）；6. *市市政设施综合管理处*大桥等43座城市桥梁检测项目（一标段）检测评估报告第二册*大桥，江苏省交通规划设计院有限公司工程质量检测中心，2006年8月。*大桥改造工程可行性研究报告编制依据的规范如下：1. 部颁公路工程技术标准(JTJ001-97)；2. 部颁公路工程技术标准(JTG B01-2003)（参照）；3. 部颁公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)；4. 部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)（参照）；5. 部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)；6. 部颁

9、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)（参照）；7. 部颁公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)；8. 部颁公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)；9. 部颁公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)；10. 部颁公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)；11. 部颁公路桥梁板式橡胶支座(JT/T 4-2004)；12. 部颁公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）(JTG F80/1-2004)；13. 公路旧桥承载能力鉴定方法中华人民共和国交通部发布，1988年，北京；14. 公路桥梁承载能力检测评定规程 （征求意见稿），交通部公路科

10、学研究所，2003年；15. 钢管混凝土拱桥设计规范 （征求意见稿），2003年；16. 混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）。4 桥梁检测情况*大桥位于*大道，*大道为*市城市主干道，交通流量非常大，且重车较多，交通繁忙。2006年江苏省交通规划设计院有限公司工程质量检测中心对该桥进行了详细的现场检测。根据桥梁检测报告，主桥的病害较为严重，主要体现在吊杆防水失效、桥面未设防水层、系杆PE护套开裂、锚头渗水、拱肋和风撑表面钢管保护层脱落，钢管表面锈蚀等；引桥病害主要表现为板梁局部破损、外观质量差，局部烧损、支座缺陷等；但板梁上无明显的受力裂缝，故对引桥的局部病害位置进行维修，并

11、加强观测。4.1 引桥桥梁检测情况引桥主要病害主要表现为支座的脱空、半脱空以及环向开裂；墩台和板梁以及防撞墙局部混凝土剥落、露筋；横隔板后浇段浇筑质量较差，连接钢板裸露于外部；部分孔跨存在烟熏痕迹；桥面连续处开裂和伸缩缝存在高差和跳车现象等，具体总结如下：1、全桥共有22个支座局部脱空，其中2个支座全脱空；9个支座偏位，1个支座环向开裂； 图4.1.1 支座开裂 图4.1.2 支座脱空2、全桥未设滴水槽；3、18孔1板外侧翼缘板外露2根钢筋，且锈蚀；4、20孔板底有烟熏痕迹；5、21孔16横隔板现浇处浇筑质量较差，混凝土白化，且连接处外露钢板，钢板锈蚀；6、21孔17、18梁在21墩顶处混凝土

12、破损50205cm3；7、部分桥面沥青混凝土磨耗严重，露出大量粗骨料，桥面在墩顶处产生横桥向裂缝；8、0台桥台沉降导致0台护坡开裂；9、0台、12墩、15墩、26台顶伸缩缝处高差为13cm，局部产生较大的跳车现象，12墩顶伸缩缝两侧型钢密贴，与桥面高差2cm。 图4.1.3 0号台护坡开裂 图4.1.4 盖梁混凝土破损 图4.1.5 挡块开裂破损 图4.1.6 横隔板混凝土脱落 4.2 主桥桥梁检测情况4.2.1 常规检测情况主桥病害主要表现为，主桥部分桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化，并出现挂并现象；部分系梁底混凝土在吊杆底封锚处渗水白化严重，拱肋下缘于吊杆相交处积水锈蚀；部分桥墩混

13、凝土存在不同程度的剥落、跑沙现象，局部露主筋，且锈蚀严重；拱肋表面保护漆大面积脱落，钢管表面锈蚀严重。 图4.2.1 吊杆系梁处封锚混凝土白化 图4.2.2 吊杆在拱肋下缘受水侵蚀 图4.2.3 吊杆桥面处防水现状 图4.2.4 拱脚处开裂及主拱肋涂装失效 图4.2.5 系梁底板露筋 图4.2.6 桥面铺装出现坑洞图4.2.7 伸缩缝破损照4.2.2 荷载试验情况（1）主跨跨中和边跨跨中经分级加卸载作用后，结构产生的挠度得到恢复，说明结构处于弹性工作状态；（2）控制截面的挠度校验系数均小于1.0，但是拱肋各项指标的校验系数已经达到或接近1，结构的安全储备较小，建议进行相应的维修处理，提高桥梁的

14、安全性、耐久性；（3）控制截面的应力校验系数均小于1.0，但是系梁的应力校验系数接近1，安全储备较小，建议采取有效措施提高安全性；（4）实测偏载系数值小于理论计算偏载系数值，桥梁整体性较好；（5）试验过程中，梁体工作状态良好，在各最大受力控制断面未发现裂纹或其他可见病害；（6）跑车试验、跳车试验和制动试验时动挠度和动应变实测值均较大，动力增大系数较大，桥梁动力性能有待改善。4.2.3 桥梁检测的主要结论和建议根据桥梁检测报告，检测单位检测提出的主要结论及建议如下：(1) 主桥吊杆与系梁处积水，如果密封不严，会导致桥面积水顺吊杆进入吊杆锚固端，锈蚀锚具、吊杆钢丝。这对吊杆的安全性产生严重影响。(

15、2) 主桥钢管拱拱肋、风撑油漆剥落、锈蚀严重，钢管的有效厚度降低，如果锈蚀不断加剧，将影响桥梁的安全使用。(3) 主桥桥墩混凝土存在不同程度的剥落、跑沙现象，局部路主筋，且锈蚀严重，影响到了桥梁的安全性和耐久性。需要进行维修加固。(4) 主桥桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化，并出现挂冰现象；此处为桥面破损、桥面防水失效以及主桥泄水管长度不足引起的。(5) 系梁底混凝土在吊杆底封锚处渗水白化现象。吊杆锚头内可能有积水下渗。吊杆锚头内积水会导致吊杆锚头锈蚀，影响锚固效果，从而使吊杆的安全性降低；(6) 本桥在0台、12墩、15墩、26台顶伸缩缝处高差为13cm，局部产生较大的跳车现象。影响

16、了行车的安全性和舒适性，需要进行维修。(7) 全桥共有20个支座局部脱空，其中2个支座全脱空；9个支座偏位，2个支座环向开裂。对板梁的受力有不利的影响。(8) 全桥板梁间铰缝未勾缝；对板梁的美观性和耐久性有不利影响。(9) 全桥未设滴水槽；外侧板梁的表面长期受到水蚀，引起混凝土质量下降，钢筋锈蚀。(10) 18孔1板外侧翼缘板外露2根钢筋，且锈蚀；如不做处理，生锈的钢筋会胀裂混凝土，进一步引起内部钢筋的锈蚀和混凝土的破损。(11) 20孔20板底有烟熏痕迹；可能会引起桥梁的混凝土质量下降。(12) 21孔16横隔板现浇处浇筑质量较差，混凝土白化，且连接处外露钢板，钢板锈蚀；横隔板质量下降，使得

17、桥梁的整体性能降低。(13) 21孔17、18梁在21墩顶处混凝土破损50*20*5cm3。(14) 全桥桥面沥青混凝土磨耗严重，露出大量粗骨料，桥面在墩顶处产生横桥向裂缝；应更换沥青铺装。(15) 主跨跨中和边跨跨中经分级加卸载作用后，结构产生的挠度得到恢复，说明结构目前基本处于弹性工作状态；(16) 控制截面的挠度校验系数均小于1.0，但是拱肋各项指标的校验系数接近1，结构的安全储备很小，建议进行相应的维修处理，提高桥梁的安全性、耐久性；(17) 控制截面的应力校验系数均小于1.0，但是系梁的应力校验系数接近1，安全储备较小，建议采取有效措施提高安全性；(18) 实测偏载系数值小于理论计算

18、偏载系数值，桥梁整体性较好；(19) 试验过程中，梁体工作状态良好，在各最大受力控制断面未发现明显裂纹或其他可见病害；(20) 跑车试验、跳车试验和制动试验时动挠度和动应变实测值均较大，动力增大系数较大。5 病害原因分析根据*大桥检测报告，*大桥主桥钢管混凝土系杆拱的病害比较明显，已达到了四类桥，需要及时进行维修处理的状况，引桥病害不是很严重，对正常运营的安全性影响不大，因此，重点对主桥钢管混凝土系杆拱进行了结构计算分析。5.1 主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算5.1.1 设计状态验算主桥中跨结构计算采用桥梁空间计算软件MIDAS 2006 进行，拱肋、系梁和横梁采用梁单元进行模拟，吊杆

19、采用索单元进行模拟，桥面板采用板单元模拟，全桥共划分2436个单元，1015个节点。其中系梁和横梁内的预应力计算完全按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG 023-85)中的规定进行计算。结构计算模型如下：图5.1.1 主桥中跨结构计算模型结构计算内力组合按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)中的规定进行，即：组合I：恒载+汽车+收缩、徐变荷载；组合II：恒载+汽车+收缩、徐变荷载+温度效应；组合III：恒载+挂车。经计算分析荷载组合II控制结构设计，以下仅给出荷载组合II作用下的计算结果。（1） 正常使用极限状态验算经计算分析正常使用极限状态，荷

20、载组合II控制结构设计，以下仅给出荷载组合II作用下的计算结果。正常使用极限状态主跨跨中附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：表5.1.1 主跨跨中截面应力验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）跨中拱肋42.339.8跨中系梁9.22.3跨中吊杆-384.1-415.5正常使用极限状态主跨拱脚附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：表5.1.2 主跨拱脚截面应力验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）拱脚处拱肋69.764.8拱脚处系梁10.33.3拱脚处吊杆-177.2-190.1根据公路斜拉桥设计规范（JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用

21、荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：K0.4Rb对于荷载组合I：K=1.0对于荷载组合II或III：K=1.25则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：=1.250.41300MPa=650MPa根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)中第5.2.21条的规定，在使用荷载作用下，预应力砼构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：荷载组合II： ha0.6Rab （对50号混凝土为21MPa）；根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。【结论】

22、通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力满足相应规范的要求。（2） 承载能力极限状态验算系梁跨中截面承载能力组合II作用下承载能力按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)验算如下：表5.1.3 承载能力组合II作用下系梁跨中截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）1574114739抗力（kN）2390023900受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力验算如下：表5.1.4 承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）1829417187抗力（kN）23900

23、23900受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是主拱肋承载能力按钢管混凝土拱桥设计规范（征求意见稿）中的计算方法进行。钢管混凝土承载能力计算如下：式中：钢管混凝土的组合轴心受压强度设计值；钢管混凝土构件的截面面积；轴心受压稳定系数；其中：；式中：钢管的截面面节；核心混凝土的截面面积；钢管混凝土的约束效应系数；B、C计算系数；、分别为钢材的标准强度和设计强度；、分别为混凝土的抗压强度标准值和设计值。主拱肋跨中截面在承载能力极限组合II作用下验算结果如下：表5.1.5 承载能力组合II作用下主拱肋跨中截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2830626511抗力（kN）360863608

24、6受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力验算如下：表5.1.6 承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）3399431808抗力（kN）3608636086受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是通过以上的验算可知，结构的原设计各项指标基本满足规范的要求。5.1.2 旧桥折减验算（1） 持久状态桥梁结构正常使用极限状态鉴定计算a） 限制应力式中： 计入活载影响修正系数的截面应力计算值； 应力限值； 承载能力检算系数；其中是考虑桥梁当前状况相关的计算参数，根据对*大桥的荷载试验检测情况分析，本桥的应力和位移校验系

25、数均在1附近，参照公路旧桥承载能力鉴定方法中表5.10.4-1，*大桥承载能力检算系数取值为0.95。根据公路斜拉桥设计规范 （JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：K0.4Rb对于荷载组合I：K=1.0对于荷载组合II或III：K=1.25则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：=0.951.250.41300MPa=617.5MPa根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG 023-85)中第5.2.21条的规定，在使用荷载作用下，预应力砼构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：荷载组合II： h

26、a0.950.6Rab （对50号混凝土为19.95MPa）；根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。则考虑桥梁承载能力检算系数后，轴向应力允许值为190MPa，弯曲应力允许值为199.5MPa。综合以上分析对*大桥主桥中跨关键截面验算如下：表5.1.7 主桥中跨关键截面鉴定计算验算表验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）应力限值（Z2）（MPa）验算结果跨中拱肋42.339.8199.5满足跨中系梁9.22.319.95满足跨中吊杆-384.1-415.5-617.5满足

27、拱脚处拱肋69.764.8199.5满足拱脚处系梁10.33.319.95满足拱脚处吊杆-177.2-190.1-617.5满足b） 短期荷载作用下的变形式中： 计入活载影响修正系数的短期荷载变形计算值； 变位限值； 承载能力检算系数；参照钢管混凝土拱桥设计规范 （征求意见稿）中第6.2.4中的规定，钢管混凝土构件计算的挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后，钢管混凝土拱肋最大挠度不应大于（为钢管混凝土拱肋的计算跨径）。则经计算拱肋最大竖向位移为-15.1mm，满足要求。【结论】通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力和位移满足相应规范的要求。（2） 持久状态桥梁结构承载能

28、力极限状态鉴定计算按照公路旧桥承载能力鉴定方法的规定，荷载效应不利组合设计值应小于或等于结构抗力效应设计值，其方程为：式中： 荷载效应函数； 永久荷载（结构重力）效应； 永久荷载（结构重力）安全系数； 可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力效应，基础变位影响力效应； 结构抗力函数； 荷载Q的安全系数； 结构工作条件系数； 混凝土强度设计采用值； 在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数； 预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值； 在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数；旧桥检算系数；主拱肋跨中截面在承载能力极限组合II作用下鉴定计算验算结果如下：表5.1.8 承载能力组合II作用下主

29、拱肋跨中截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2830626511抗力（kN）3608636086折减后（kN）34281.734281.7受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.1.9 承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）3399431808抗力（kN）3608636086折减后（kN）34281.734281.7受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是系梁跨中处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.1.10 承载能力组合II作用下系梁

30、跨中截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）1574114739抗力（kN）2390023900折减后（kN）2270522705受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.1.11 承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）1829417187抗力（kN）2390023900折减后（kN）2270522705受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是通过以上的验算可知，现状结构鉴定验算的各项指标基本满足规范的要求。5.2 主桥边跨（计算跨径76.5m）结构验算5.2.1 设

31、计状态验算主桥边跨结构计算采用桥梁结构线性与非线性分析综合程序桥梁博士V3.1.0进行，首先按照杠杆法计算两片拱肋的横向分布系数，然后取其中的一片拱肋和系梁进行结构计算。全桥共划分94个单元，76个节点。结构计算模型如下：图5.2.1 主桥边跨结构计算模型结构计算内力组合按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)中的规定进行，即：组合I：恒载+汽车+收缩、徐变荷载；组合II：恒载+汽车+收缩、徐变荷载+温度效应；组合III：恒载+挂车。（1） 正常使用极限状态验算经计算分析正常使用极限状态，荷载组合II控制结构设计，以下仅给出荷载组合II作用下的计算结果。正常使用极限

32、状态主跨跨中附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：表5.2.1 主跨跨中截面应力验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）跨中拱肋60.136.0跨中系梁6.392.04跨中吊杆-347-385正常使用极限状态主跨拱脚附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：表5.2.2 主跨拱脚截面应力验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）拱脚处拱肋95.563.9拱脚处系梁5.083.2拱脚处吊杆-333-360根据公路斜拉桥设计规范（JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：K0.4Rb对于荷载组合I：K=1.0对于荷载组

33、合II或III：K=1.25则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：=1.250.41300MPa=650MPa根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)中第5.2.21条的规定，在使用荷载作用下，预应力砼构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：荷载组合II： ha0.6Rab （对50号混凝土为21MPa）；根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。【结论】通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力满足相应规范的要求。（2）

34、承载能力极限状态验算系梁跨中截面承载能力组合II作用下承载能力按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 023-85)验算如下：表5.2.3 承载能力组合II作用下系梁跨中截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）-19900-22800抗力（kN）-24600-24600受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力验算如下：表5.2.4 承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）-19900-22800抗力（kN）-26200-26200受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是主拱肋承载能力按钢管混凝土

35、拱桥设计规范（征求意见稿）中的计算方法进行。钢管混凝土承载能力计算如下：式中：钢管混凝土的组合轴心受压强度设计值；钢管混凝土构件的截面面积；轴心受压稳定系数；其中：；式中：钢管的截面面节；核心混凝土的截面面积；钢管混凝土的约束效应系数；B、C计算系数；、分别为钢材的标准强度和设计强度；、分别为混凝土的抗压强度标准值和设计值。主拱肋跨中截面承载能力组合II作用下验算结果如下：表5.2.5 承载能力组合II作用下主拱肋跨中截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2280019900抗力（kN）3421034210受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承

36、载能力验算如下：表5.2.6 承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2730023800抗力（kN）3421034210受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是通过以上的验算可知，结构的原设计各项指标基本满足规范的要求。5.2.2 旧桥折减验算（1） 持久状态桥梁结构正常使用极限状态鉴定计算c） 限制应力式中： 计入活载影响修正系数的截面应力计算值； 应力限值； 承载能力检算系数；其中是考虑桥梁当前状况相关的计算参数，根据对*大桥的荷载试验检测情况分析，本桥的应力和位移校验系数均在1附近，参照公路旧桥承载能力鉴定方法中表5.10.4-1，*大桥承载能力

37、检算系数取值为0.95。根据公路斜拉桥设计规范 （JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：K0.4Rb对于荷载组合I：K=1.0对于荷载组合II或III：K=1.25则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：=0.951.250.41300MPa=617.5MPa根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG 023-85)中第5.2.21条的规定，在使用荷载作用下，预应力砼构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：荷载组合II： ha0.950.6Rab （对50号混凝土为19.95MPa）；根据公路桥涵钢结

38、构及木结构设计规范 （JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。则考虑桥梁承载能力检算系数后，轴向应力允许值为190MPa，弯曲应力允许值为199.5MPa。综合以上分析对*大桥主桥边跨关键截面验算如下：表5.2.7 主桥边跨关键截面鉴定计算验算表验算截面位置最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）应力限值（Z2）（MPa）验算结果跨中拱肋60.136.0199.5满足跨中系梁6.392.0419.95满足跨中吊杆-347-385-617.5满足拱脚处拱肋95.563.9199.5满足拱脚处系梁5.083.219.95满足拱脚

39、处吊杆-333-360-617.5满足d） 短期荷载作用下的变形式中： 计入活载影响修正系数的短期荷载变形计算值； 变位限值； 承载能力检算系数；参照钢管混凝土拱桥设计规范 （征求意见稿）中第6.2.4中的规定，钢管混凝土构件计算的挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后，钢管混凝土拱肋最大挠度不应大于（为钢管混凝土拱肋的计算跨径）。则经计算拱肋最大竖向位移为-5.63mm，满足要求。【结论】通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力和位移满足相应规范的要求。（2） 持久状态桥梁结构承载能力极限状态鉴定计算按照公路旧桥承载能力鉴定方法的规定，荷载效应不利组合设计值应小于或等于结

40、构抗力效应设计值，其方程为：式中： 荷载效应函数； 永久荷载（结构重力）效应； 永久荷载（结构重力）安全系数； 可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力效应，基础变位影响力效应； 结构抗力函数； 荷载Q的安全系数； 结构工作条件系数； 混凝土强度设计采用值； 在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数； 预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值； 在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数；旧桥检算系数；主拱肋跨中截面在承载能力极限组合II作用下鉴定计算验算结果如下：表5.2.8 承载能力组合II作用下主拱肋跨中截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2280019900抗力

41、（kN）3421034210折减后（kN）32499.532499.5受力性质偏心受压偏心受压是否满足是是主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.2.9 承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）2730023800抗力（kN）3421034210折减后（kN）32499.532499.5受力性质偏心受压偏心受压系梁跨中处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.2.10 承载能力组合II作用下系梁跨中截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）-19900-22800抗力（kN）-2

42、4600-24600折减后（kN）-23370-23700受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：表5.2.11 承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表项目最大轴力最小轴力轴力（kN）-19900-22800抗力（kN）-26200-26200折减后（kN）-24890-24890受力性质偏心受拉偏心受拉是否满足是是通过以上的验算可知，现状结构鉴定验算的各项指标基本满足规范的要求。5.3 病害原因分析结果根据以上计算分析，综合检测资料和荷载试验结果以及结构验算结果，综合分析病害产生原因如下：(1) 对于吊杆与拱肋下缘

43、交接处渗水的原因，初步分析水的来源可能原因为，一是拱肋上缘封锚钢板焊缝开裂，水从开裂处流入拱肋，或是桥梁施工过程中由于防水措施不够，导致施工期间雨水进入锚头而不断下渗；二是，雨水顺拱肋流至吊杆与拱肋交接处滞留所导致；(2) 吊杆系梁封锚处存在渗水白化，水的来源可能原因为，吊杆在系梁上缘的铸铁防水盖失效，导致水从系梁上部流入系梁，进而致使封锚混凝土白化或雨水顺系梁外缘流下所导致，或者吊杆顶部渗水下渗所导致；(3) 主拱肋表面涂层大面积脱落以及吊杆的PE护套外层白色涂料破损，初步分析原因为漆层自身老化，加之*大桥附近为化工厂，桥梁所处环境较为恶劣；(4) 桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化原

44、因为，桥面铺装未设置防水层，加之桥面铺装破损，导致雨水等透过桥面板下渗所致；(5) 跑车试验、跳车试验和制动试验时动挠度和动应变实测值较大，动力增大系数较大，桥梁动力性能欠佳，初步分析原因为桥面铺装平整度较差，桥梁伸缩缝处跳车明显所致；(6) 伸缩缝处高差较大，初步分析原因为伸缩缝型钢与后浇注的固定混凝土之间存在高差，在车辆的冲击作用下导致后浇固定混凝土破损，从而加大伸缩缝处的高差，或者梁端在伸缩缝破损后也被车冲击破损。同时部分伸缩缝由于安装误差，缝宽较小，在温度作用下梁端受到挤压，也加剧了混凝土的破损程度；(7) 主桥和引桥的其他病害，如混凝土蜂窝、麻面，露筋、混凝土破损以及支座脱空开裂等病

45、害，为施工期间遗留或运营期间桥梁自身性能退化的表现。5.4 桥梁病害对桥梁结构造成的影响根据竣工资料以及检测报告以及以上分析计算表明，目前桥梁结构基本能满足规范的要求，但现存病害如不及时的进行维修会对桥梁的安全运营造成很大的威胁：(1) 支座的脱空会造成板梁的受力与计算图示不符，同时加重的其他支座的荷载，及易使其他支座开裂破坏，同时也会导致桥梁在活载作用振动加剧，动力性能下降；(2) 未设置滴水檐雨水顺翼板留滞在腹板甚至底板上，混凝土受雨水侵蚀剥落，进而导致钢筋锈蚀，降低桥梁的耐久性能；(3) 混凝土破损和外露钢筋若不进行保护层的恢复和钢筋的除锈、阻锈处理，则会使钢筋锈蚀加重，周围钢筋锈蚀膨胀

46、又会使得完好的混凝土保护层胀裂甚至脱落，从而降低桥梁的耐久性和承载能力；(4) 对于高温熏烤处的板梁，高温会导致混凝土内部微裂缝的发展，从而使得混凝土保护层的空隙增大，不良气体和液体更易浸入梁体腐蚀钢筋，钢筋锈蚀膨胀又会使得混凝土胀裂，造成恶性循环，降低桥梁的耐久性和承载能力；(5) T梁后浇部分连接钢板的外露，会导致钢板迅速锈蚀，进而导致T梁横向联系的减弱，易造成单梁受力；(6) 伸缩缝处破损和高差较大会导致行车不舒适，另外，跳车造成动力附加应力增大，增大了桥梁的动力放大系数；(7) 裂缝的存在使得空气中对钢筋不利的气体和液体浸入梁体腐蚀钢筋，钢筋锈蚀后膨胀致使混凝土保护层胀裂、剥落，使得钢

47、筋失去保护层，加速钢筋的锈蚀，进而造成恶性循环，从而降低了桥梁的承载能力和耐久性，因此必须对存在的可见裂缝进行封闭处理；(8) 主拱肋涂装的失效导致钢板失去保护，钢结构的锈蚀速度惊人，严重影响桥梁结构的耐久性和承载能力；(9) 吊杆处的渗水会导致吊杆的锈蚀以及吊杆锚头的锈蚀，吊杆是系杆拱桥的关键受力构件，吊杆的突然断裂及易造成桥梁的突然倒塌；(10) 桥面铺装层的严重磨损和破损会影响行车的舒适性，另外会使得桥梁动力放大系数增大，对桥梁的受力极为不利。6 病害对策6.1 主要病害处理方案基于以上分析，初步确定对桥梁病害做如下处理：(1) 钢结构的锈蚀速度惊人，主拱肋是系杆拱桥的关键受力构件，所以

48、必须采取有效措施加强主拱肋钢管的防锈性能。对于拱肋和风撑涂装层脱落，锈蚀严重，采用钢丝刷打磨掉原有涂装，对钢板锈蚀严重处需进行局部不强后重新进行涂装。新的涂装以耐久性好的涂料为佳。推荐采用优龙的重防腐涂料ES301。该材料在我省首座钢管混凝土拱桥邳州京杭运河特大桥上应用效果较好；(2) 对于吊杆与拱肋下缘交接处渗水锈蚀，在去除原涂装层后检查拱肋上缘的封锚钢板焊缝质量，若焊缝存在病害则切除封锚钢板，吹干拱肋内积水，更换锚头黄油，涂刷防水涂料后重新焊接封锚钢板，最后在吊杆周围粘贴滴水檐，若焊缝无病害则直接在吊杆周围粘贴滴水檐即可；(3) 主桥桥面铺装破损较为严重，致使桥梁实测动力放大系数较大，动力

49、性能较差，加之桥梁为设置防水层，因此建议主桥的桥面铺装全部重做，并加设防水层，改善桥面铺装的平整度和防、排水性能；(4) 对于桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化，在旧的桥面铺装凿除后，检查桥面板是否存在病害，存在病害的需彻底处理，病害严重的应更换破损的桥面板，所有病害处理完毕后加设防水层，重新做桥面铺装；(5) 对于吊杆系梁封锚处存在水迹的白化，在主桥桥面铺装凿除后，更换全部吊杆的铸铁防水盖，并加强其防水构造。在吊杆铸铁防水盖维修完成后，凿除存在白化现象的封锚混凝土，吹干锚头上的积水，更换锚头黄油，重新浇筑封锚混凝土；(6) 吊杆是系杆拱桥的关键受力构件，吊杆的耐久性得不到保证对桥梁造成

50、的安全隐患很大，国内也出现过多例由于吊杆锈蚀断裂而导致系杆拱桥桥梁倒塌的事故。因此，建议对吊杆进行破损检测，切断吊杆的水源，更换锈蚀的吊杆；(7) 拱脚砂浆与拱座脱离处，先垫塞橡胶条，然后采用灌注化学材料进行修补，最后对拱脚表面裂缝进行裂缝封闭处理；(8) 对于实测动力放大系数较大，动力性能较差，伸缩缝处高差较大，跳车现象明显处，更换存在高差的伸缩缝，凿除后浇固定伸缩缝的混凝土，检查伸缩缝型钢是否损坏并检查梁端是否存在破损等其他病害，若存在病害对病害进行相应处理后重新安装伸缩缝，严格控制伸缩缝处高程，用钢纤维混凝土重新进行浇筑，使桥面平顺；(9) 砼渗水泛碱白化：打磨或凿除掉受侵蚀的混凝土表面

51、层，直至露出坚实界面，然后采用环氧树脂胶进行修补；在修补之前要做好桥面排水和防水工作，切断水源，方能保证修补质量；(10) 砼破损：蜂窝麻面、松散、空洞、破碎、剥落等损伤部位及钢筋外露区域，应采用人工凿除或高速射水法将该处松散、污损的部分清除，使该部位露出坚硬密实的部分，并保证位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等影响修补效果的物质。然后用轻质环氧树脂砂浆进行修补；(11) 露筋锈蚀：对外露钢筋表面的氧化层利用钢刷予以清除，使之露出光洁部分，然后涂刷钢筋阻锈剂，最后用轻质环氧树脂砂浆进行修补；(12) 由钢筋锈蚀仪探查确定的钢筋锈蚀区域：对于电位水平在0-200 mv，钢筋锈蚀状态为无锈蚀活

52、动性或锈蚀活动性不确定的区域，暂不做处理，加强日常养护中对此类区域的检查和养护；对电位水平在-200-300 mv，钢筋锈蚀状态为有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能为坑锈的区域，对该部位混凝土表面进行清洁处理，确保表面无油污、油脂、蜡状物等影响渗透的污物，然后涂刷表面迁移型钢筋阻锈剂；对于电位水平在-300-400 mv，钢筋锈蚀状态为有锈蚀活动性，锈蚀发生概率大于90，以及电位水平在-400-500 mv，钢筋锈蚀状态为有锈蚀活动性，严重锈蚀可能性极大和电位水平小于小于-500 mv，构件存在锈蚀开裂区域的部位，应凿除钢筋保护层混凝土，对锈蚀钢筋表面的氧化层利用钢刷予以清除，使之露出光洁部

53、分，然后涂刷钢筋阻锈剂，最后用轻质环氧树脂砂浆进行修补；(13) 裂缝：不管是受力裂缝还是非受力裂缝，根据桥梁耐久性设计的要求，均须对裂缝进行封闭处理。对于缝宽0.15mm的裂缝，采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理；对于0.15mm缝宽0.3mm的裂缝，采用裂缝灌注胶或专用环氧树脂浆液进行灌缝处理；对于缝宽0.3mm的裂缝，进行凿槽嵌补处理。对于预应力混凝土受力裂缝及普通钢筋混凝土的超限受力裂缝，还需采取必要的加固维修加固措施；(14) 对于空心板梁勾缝，底部采用水泥砂浆进行勾缝处理；(15) 对于存在脱空和局部脱空进行垫实处理，对于偏位的支座进行纠偏处理，对于老化开裂的支座，采用同型号的支座进行

54、更换；(16) 对于存在烟熏痕迹的板梁，损伤并不很严重，但高温的熏烟会导致混凝土内部会产生大量的微裂缝，从而导致受力钢筋容易被锈蚀，因此对存在烟熏痕迹的板梁涂刷表面迁移型钢筋阻锈剂；(17) 对于横梁钢板裸露处，首先彻底清除松动的混凝土，用钢丝刷刷净连接钢板上的锈迹，在用环氧砂浆进行修补，其他裂缝处用裂缝灌注胶进行灌缝处理；(18) 对于桥面连续开裂处，用高发泡聚乙烯泡沫板塞严两板梁间接封，外侧涂1cm厚封膏。在桥面连续区域45cm宽范围内整平，喷刷两遍热沥青，然后铺塑料薄膜一层，薄膜密贴板端，在塑料薄膜上铺设2mm厚氯丁橡胶片；配置接封加强钢筋，浇筑整体化钢纤维混凝土，待混凝土强度达到80%

55、以上后，锯缝填塞沥青马蹄脂；(19) 对于护栏缺失的钢板，采用结构胶粘贴缺失的钢板后，按照混凝土的修补要求修补该处混凝土；(20) 全桥增设滴水檐。6.2 重点难点吊杆的维修吊杆是系杆拱桥的关键受力构件，其安全性、耐久性、适应性关系到桥梁结构的安全与正常使用。目前,这类拉索普遍存在护套提前开裂、下端预埋管进水、锚头及钢丝腐蚀等严重问题。拉索的安全性、耐久性远达不到使用要求。吊杆的突然断裂将会对整个桥梁安全运营产生非常严重影响，甚至导致桥梁的突然倒塌。另外，由于系杆拱桥力的传递途径为车辆荷载通过横梁传给吊杆，由吊杆传给主拱肋，最后由主拱肋传给基础，因此系杆拱桥对超载的敏感程度超过连续梁桥。*大桥

56、建成通车至今已近10年，这期间交通流量和车辆的载重能力以及重车的行车速度均有较大提高，对吊杆的要求越来越高。加之吊杆长期处于高应力状态下，钢丝更易锈蚀，综合考虑疲劳等因素，必须充分重视吊杆的养护工作。从目前国外已经进行的拉索更换的工程实例来看，拉索的最短使用时间为3年（德国的Koh ib rand Estuary 桥,建成3年后换索，耗资6000万美元,为原造价的4倍），最长的使用时间为16年（著名的委内瑞拉Maracaibo 桥,使用16年后,斜缆失效,全部换索,耗资达5000万美元）。国内换索工程实例有，建于1987年的安徽省寿春路桥为中承式系杆拱，计算跨径72m，吊杆采用96根5高强钢丝

57、编制而成，养护单位每三年对吊杆注一次黄油进行防锈养护。在2001年，运营14年后养护单位对吊杆进行检测发现钢丝由锈蚀造成的截面损失达13.5%左右。因此在2001年封闭了全桥交通，更换了全桥全部吊杆，共28根。杭州市叶青兜桥，1993年建成通车，为计算跨径71.6m系杆拱，全桥共有吊杆34根,吊杆规格为1205高强钢丝,锚头为冷铸墩头锚,经过检测发现吊杆钢丝的有效受力面积削弱很大,于2005年进行了吊杆的更换。吊杆使用年限为12年。四川省宜宾南门中承式R.C肋拱桥,使用10年后换索。从国内换索工程实例来看，由于交通流量大，重载、超载车辆相对比较多（轴重相对国外而言），从而使吊杆拉索提前达到了其

58、疲劳寿命。同时，桥梁施工中吊杆的防水等关键施工工艺和技术处理不善，易造成吊杆的锈蚀和破损，也导致了吊杆使用寿命的缩短。根据国内的工程实践，我国系杆拱桥的吊杆拉索的使用寿命一般在10年左右。由于目前的检测技术还无法完成对吊杆的锈蚀和吊杆锚头锈蚀以及受力情况的无损检测，根据目前现场检测的结果发现大量吊杆上下锚头处均存在渗水现象，*大桥主桥吊杆和锚头的锈蚀情况不容乐观！ 图6.2.1 吊杆系梁处封锚混凝土白化 图6.2.2 吊杆在拱肋下缘受水侵蚀根据业主对此类桥梁的调研结论，对*大桥吊杆处理方案如下：首先挑选2根锚头锈蚀严重的吊杆进行更换，并对更换下来的吊杆进行试验检测，根据试验结果决定是否更换全部吊杆。拟采用如下方法对吊杆进行更换：在拟更换吊杆的拱顶上和横梁吊点处下部安装固定装置、施工挂篮和脚手架，安装临时替代索，并逐步施加预应力，同时逐根截断原吊杆的钢丝一释放原吊杆的索力。钢丝的截断与临时替代索的预应力张拉交替进行，以控制系杆和横梁的位移在允许的范围内微小的变化。在解除旧索后立即安装新索，并交替逐步地对新索施加预应力和放松临时替代索。在换索全过程中，跟踪检测索力和更换吊杆所在处（系杆和横梁相交处）的挠度变化情况，同时还应进行临近点桥面标高的测量，以决定是否需要调整索力。全