桥梁案例分析

桥梁工程案例分析总结指导老师：虞建成姓名：学号：一、系杆拱桥吊杆问题此案例中，桥梁的11号吊杆遭到车辆撞击而损坏，同时10号和12号吊杆受到影响，需要及时更换。

大量实例表明，吊杆已成为设计中的薄弱环节，大量系杆拱桥的桥梁事故都与吊杆的损坏有关。

因此，我们需要对系杆拱桥的吊杆安全与防护着重研究，除了吊杆被车辆撞坏的原因之外，还有锈蚀，重载车辆高速行驶引起的强烈震动等。

目前使用的吊杆寿命太短，一般仅为3～16年，很少有超过20年的，为当前桥梁设计寿命（100年）的1/5左右。

在全桥的设计寿命范围以内，吊杆要进行多次拆换，既严重影响交通，又带来一定的风险，经济上浪费极大，故对系杆拱桥中吊杆的革新已迫在眉睫。

吊杆的损坏可以从以下几个方面分析，这对如何对吊杆进行预防措施以及之后的维修拆换十分重要。

1、防护材料的损坏一般为以聚乙烯为原材料的PE保护层。

（1）受交变荷载而导致防护材料变形：吊杆在实际工作时，承受的荷载大小不同，内力处于不断变化中，故钢索的伸长量并不固定而是反复变化。

这种往复变化对材料的耐久性极为不利，交变荷载的持续作用，会使钢索在与下锚头的连接处产生微小的转角，长期作用将使此处的密封措施失效，吊杆失去有效防护；（2）钢索松弛而导致防护材料变形；（3）防护材料自身收缩；（4）防护材料的老化；（5）温度变化导致防护材料变形2、吊杆钢索破损有三方面因素：腐蚀因素、强度因素、疲劳因素。

拱桥吊杆布置在梁体外部，而且截面尺寸小，应力水平长期较高，因此吊杆对腐蚀作用非常敏感，轻微的腐蚀都会对吊杆强度和疲劳寿命产生较大影响。

3、锚具破损吊杆锚具的破损主要是疲劳和腐蚀引起的。

锚具的腐蚀分外部腐蚀和内部腐蚀。

如吊杆锚头外部几乎未进行有效防护，其锈蚀也是必然的。

所以对不进行封锚处理的锚具，应加防护罩或采取其它有效的措施防止锚具外部的锈蚀。

锚具内部的腐蚀原因与钢索相同，主要是防护措施失效，水汽与锚具接触造成的。

4、短吊杆问题短吊杆自由长度太短，受温度变化影响大。

桥面反复纵向位移时，短吊杆不能自由摆动，且频频交替出现较大的附加应力，致使短吊杆及结构发生破坏。

针对以上吊杆破损的原因分析，下面提出对破损吊杆进行更换的施工工艺，同时对其进行的改进和防护。

1、吊杆的更换更换吊杆的施工，主要以桥梁自重下各吊点的标高为控制目标，也要避免桥面开裂，施工中须有严格的监控措施。

基本思路是：在原吊杆处安装工具吊杆(替代索)，通过油压泵对工具吊杆匀速施加应力，同时释放原吊杆应力，只要做到两者同步进行，全桥的受力状态就不会改变，从而对全桥也不会造成损伤。

吊杆更换施工工艺为：（1）施工准备（2）安装工作平台（3）安装临时兜吊系统（3）割除旧吊杆（4）安装张拉新吊杆调索。

在吊杆更换过程中，存在吊杆力转换问题，导致该吊杆甚至相邻吊杆产生变形，从而使桥面标高上下变化。

由于桥面铺装结构连续，相临吊杆之间标高变化会使桥面铺装受力，如果控制不当，会导致桥面开裂。

因此，在更换吊杆过程中，应连续监测桥面高程、吊杆内力及混凝土应力变化，新吊杆的张拉应实行双控，以桥面高程控制为主，吊杆内力控制为辅。

2、吊杆的改进通过对吊杆破损原因和腐蚀机理的分析可知，有些情况是设计无法改变的，如桥梁所处的大气环境、吊杆承受持续交变高应力的特点等。

所以，解决腐蚀问题的关键是加强防护，阻断钢索与氧气和水的接触，防止腐蚀的发生。

故要求吊杆防护采取以下措施：（1）双重有机防护措施吊杆钢索与防护材料变形不协调是引起防护材料开裂的重要原因。

从这一方面入手，根据斜拉索防护的最新经验，考虑采用双层无粘接聚乙烯护套，即在现有的高强钢丝HDPE护套外再加一层HDPE护套，内外层护套之间设置隔离层，使外层护套不出现拉应力。

同时在高强钢丝之间的间隙中灌以油脂。

（2）锚头内灌注油脂由于下锚头易于腐蚀，需要经常检测，所以不应采用混凝土封锚。

可以在锚头外设置保护罩并灌注油脂来进行防腐，以便拆卸、检测与更换。

（3）钢管套管防护利用无缝钢管护套代替PE护套，可大大提高系杆在大气中的防腐作用，仅需简单的油漆，可代替复杂而且代价高昂的换索问题；无缝钢管可参与吊杆钢丝的结构作用，减小吊杆在活载作用下的拉伸变形。

对降低活载振幅大大有利。

（4）采用双吊杆将原有的一个(横梁支端)吊点设一根吊杆,改为平行双吊杆或者对称布置、截面相同的交叉双吊杆。

（5）短吊杆的处理在设计上，对于短吊杆可设法加长其自由变形长度、在锚固处加设弧形垫块或设置纵向可转动的铰等。

二、T梁与箱梁连接处墩帽的修护如下简图所示，在T梁与箱梁结合处，由于桥梁结构的高度不同，墩帽需要设计成如图所示的断面。

梁（T梁）引桥（箱梁）但是墩帽上面的部分（背墙）出现了很多的裂缝，原因分析是背墙部分收到了水平力的作用，其与盖梁结合处产生了剪切破坏。

在进行桥面铺装时，一些碎石，沥青等材料陷入伸缩缝里，导致其位移受限，故对其产生了水平力的作用。

预防与修护措施：1、对伸缩缝进行处理，保证桥梁能够满足自由伸缩的要求，保证有足够的伸缩量；对于敞露式的伸缩缝要便于检查和清除缝下沟槽的污物。

当然，也可以采用无缝伸缩装置。

无缝式伸缩装置是指接缝构造不外露于桥面，在梁端部的伸缩间隙中填入弹性材料并铺上防水材料，然后在桥面铺装层中铺筑黏弹性复合材料，使伸缩接缝处的桥面铺装与其他铺装部分形成连续体，以连接缝的沥青混凝土等材料的变形承受伸缩的一种构造。

也可以采用TST弹塑体与碎石组成的填充型伸缩装置，如下图所示。

这样防止了建筑垃圾进入伸缩缝，又可以通过弹性变形来抵消桥梁的伸缩位移，并且与前后桥面衔接平整，也能对引桥对墩帽产生的水平力起到一定的缓冲能力。

2、对墩帽的背墙进行处理，提高其抗剪切能力。

比如重新打碎，进行加筋处理。

3、对T梁端横隔板的处理。

案例中T梁端横隔板也出现了开裂破坏，需要提高其抗剪能力，可以通过加高其高度，配筋等来实现。

同样可以对箱梁段进行类似处理，以防万一。

4、对T梁端的腹板进行加高处理，使之与衔接的箱梁结构等高。

三、立交净空不足此案例是关于城市立交桥下由于门架墩的存在，导致桥下净空不足，需要对其进行改造而使净空满足要求。

桥梁的净空指的是桥梁结构下有4.5m的建筑界限内不能有障碍物，以保证桥梁下通车、通航要求，其包括桥面净空和桥下净空。

对于立交、跨线桥桥下净空应符合被交叉的城市道路、公路、城市轨道交通和铁路等建筑限界的规定。

此案例中，门架墩下缘与桥面的距离严重不满足要求，虽然可以通过限制车辆高度而避免事故，但还是会引起诸多不便，故需要对其进行改造。

1、移除门架墩的帽梁实地检测发现，将门架墩上部的帽梁移除之后，能够改善净空不足的问题，相比于其他的改造方案，此方法也相对简单。

（1）案例中的解决办法为，将两边的墩柱加高，移除现有的帽梁之后，设计新建的帽梁贯穿上桥结构的箱梁。

（2）课堂上还提出了一种比较新颖的方法，即将上部的桥梁结构做成斜拉桥的形式，同样加高两端的墩柱，不同的是要将其作为斜拉索的桥塔，同样也能到达去除帽梁的效果。

但是此方法涉及到的施工更加复杂，需要的材料和步骤也更多，不如（1）方便有效。

2、桥梁移位技术桥梁移位技术按移动轨迹可以分为水平位移、升降位移、组合位移3种。

（1）桥梁的平移（可以用于上层桥梁或者下层桥梁）。

一般用于通车线路更换旧桥，也有桥梁的整体平移等。

一般在施工时，通过在桥位两侧设置支架及垂直于线路的横移滑道，新桥在一侧支架上拼装就绪后，旧桥的门架墩便可以拆除。

为了减小移位的距离，降低移位之后与原线路的衔接的施工难度，可以将新桥的桥墩设计为T型，这样对于路面人行道和绿化带的干扰也减小。

此方法的难点在于新桥与原线路的衔接，有可能会导致前后多处需要进行改造，改建十分麻烦。

（2）桥梁的顶升。

随着国内施工技术能力的提高，桥梁的整体顶升移位技术在旧桥改造中得到了较多的应用。

整体同步顶升技术是高效、经济解决桥梁桥下净空不足的重要技术手段之一。

该方法用于此案例的改造，可以起到加高墩柱和帽梁高度的作用，同时需要对上部桥梁线路的纵坡需要重新设计。

同样由于与原线路衔接的问题，很难实施。

四、箱梁体内预应力张拉案例四中，某桥箱梁底板裂缝扩张，而由于之前因施工管理不达标，出现底板不平整，部分超方欠方，梁内的一部分波纹管裸露，从而导致箱梁纵向预应力不足。

因此解决方法为在箱梁底部施加体外预应力，同时对底板超方欠方部分及时处理，使底板平整。

体外预应力加固技术作为结构加固最有效的手段之一，目前正广泛地应用于旧桥加固方面。

此概念最早产生于法国，体外预应力张拉是后张预应力体系的重要的分支之一, 是一种使用完全位于构件主体截面以外的预应力束来对构件施加预应力的结构体系。

近年来由于具有无粘结体内预应力无法比拟的优点，如截面尺寸小，施工简单，质量容易保证，不中断或不限制交通，更重要的是体外索可以替换，重张拉。

体外预应力筋的布置：（1）预应力筋布置应符合优化布置原则,即加固筋外形与外荷载产生的弯矩图形相似。

体外筋的灵活布置,可以有效地补强加固不同受力情况的简支梁和连续梁。

（2）采用后张的附加预应力钢筋可以提高梁的剪切强度。

预应力钢筋可以加在垂直和倾斜方向上,而且既可安装在梁腹板内,又可安装在箱内。

同时需要注意体外预应力筋的防腐：（1）无套管钢束表面防腐法,即在裸露预应力束上镀锌和涂环氧树脂。

这类方法适用于干燥、周围无腐蚀性气体的环境。

（2）套管加填充材料防腐法。

此法是在索的外面加套管,待张拉完预应力筋后,在套管内压注填充材料。

套管常用钢管和高密度聚乙烯管,填充材料常用水泥浆或黄油石蜡等软材料。

（3）采用单股无粘结钢绞线或钢丝束。

这种方法是直接用工厂生产的单股无粘结预应力筋作体外束,靠无粘结筋的套管和填充料防腐。

五、总结通过桥梁案例分析课程的学习，我对课堂提出的几个典型案例有了一定的认识。

同时，我也通过课堂外相关资料的查询，了解到了许多常用的或者新的桥梁施工、改造和加固工艺，这对今后需要从事的工作有了基本的认识。

对于一项桥梁事故案例，我们应该从以下几个方面进行分析：桥梁的基本情况——病害情况——成因分析——影响分析——处置对策——施工工艺研究。

从而精选出最优方案，最适合案例的方案，同时要敢于提出创新性的想法。

当然，事故发生后的修复措施和养护固然重要，但是作为桥梁设计者，应该在设计阶段就做到严谨负责的态度，并且加强施工的监督管理。