江阴长江公路大桥长吊索更换技术研究

文/ 朱志伟 袁周致远

引言

吊索是悬索桥结构中重要的传力构件之一，在不同环境中对各种损伤最为敏感。因此，多座缆索桥梁因为各种原因不得不对受损吊索进行更换。2013年，加拿大的麦克唐纳大桥采用自动架设分析模型模拟架设顺序对桥梁性能的影响，完成了上部结构的新设计和更换；潢泽联应用有限元建立吊杆模型,通过控制系杆位移使全桥新吊杆力接近均匀的理论索力；王超伟通过有限元模型分析吊索施工过程，详细阐述了具体的吊索更换施工流程及施工工艺。

尽管国内外已有较多的吊索更换工程案例和相关研究，但基本都是短吊索的更换。江阴大桥长吊索更换属国内外首次，涉及到的受力情况复杂，必须制定合适的长吊索更换方案。本文依托江阴长江公路大桥工程建设，开展长吊索更换技术研究，通过有限元模拟，对比分析了三吊点和五吊点两种工况下的吊索索力、主缆主梁位移，提出了适用于该桥长吊索更换的方法。

工程概况

江阴长江公路大桥于1999年建成通车，主跨1385米。该桥上、下游主跨分别布置85个吊点，每个吊点连接两根吊索，共安装340根吊索。2017-2018年间，经检测发现下游测（江阴-靖江方向）19N吊索（垂直长度约为47m）为轻中度锈蚀。目前该吊索接近设计使用寿命，为了保证吊索受力安全，对其开展更换工作，并为长吊索的更换提供技术储备。

有限元分析

有限元模型及分析工况

采用Midas Civil建立整体杆系模型，主要分析两种工况，如图1所示。

工况Ⅰ：在下游18#、19#、20#吊索处安装临时索夹及临时吊索，为三吊点方案；工况Ⅱ：在下游17#、18#、19#、20#、21#吊索处安装临时索夹及临时吊索，为五吊点方案。

荷载和结构分析参数

计算采用最不利荷载组合：恒载（钢箱梁、缆索等构件的自重）；活荷载（根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015），汽车荷载按三种情况加载：公路-1 级车道载荷、汽车-超20 级、挂-120，按6 车道计算，考虑横向折减系数0.55，汽车纵向不进行折减）、温度荷载（体系升温30℃）；风荷载（根据设计资料主梁横向风载设计风速为27.1m/s，参考《公路桥涵设计规范》，主梁横向风载可取4.064kN/m）。主要构件材料分析参数见表1。

吊索索力和结构位移

张拉临时吊索直至19#吊索索力至0的过程中，由于桥梁刚度的影响，临时吊索索力被分配到同侧相邻的吊索上，对异侧吊索索力影响较小，所以图2只给出了换索侧的吊索索力变化和临时吊索最大索力；图3为换索侧的19#吊索附近主缆和主梁位移的变化。

吊索更换方案对比分析

吊索索力变化

根据图2，18#和20#吊索分配的索力最大，距离临时吊索越远，各吊索分配到的临时索力越小。工况Ⅰ的索力影响区域在15#和23#区间外吊索索力基本无变化。与工况Ⅰ相比，工况Ⅱ中吊索数量的增加使得索力影响区域明显增大，14#-24#区间外吊索索力基本不受影响。工况Ⅱ的临时吊索最大索力基本维持在205t以下，比工况Ⅰ的临时吊索最大索力降低了近35t。

主缆和主梁位移

在该桥一侧更换吊索时，对非换索侧的主缆与主梁影响较小，基本可以忽略不计。由图3可以发现，距离临时吊索越远，主缆和主梁位移变化越小；在19#临时吊索处主缆和主梁竖向位移变化最大。对于工况Ⅰ，19#临时吊索处主缆下降了80mm，主梁抬升了36mm，上、下锚点间距缩短了116mm；对于工况Ⅱ，19#临时吊索处主缆下降了79mm，主梁抬升了31mm，上、下锚点间距缩短了110mm，比工况Ⅰ的锚点间距小6mm，总体位移量更小，更加安全。

结语

采用有限元对比分析2种吊索更换方案，发现在吊索更换过程中，随着临时吊索数量的增加，临时吊索索力会逐渐减小；换索侧附近的吊索索力受吊索更换影响较大，非换索侧受影响较小；此外，五吊点方案的临时吊索最大索力约为205t，比三吊点方案减少了约35t，所以从安全角度考虑，临时吊索最大索力更小的五吊点方案更适合于该桥吊索更换。