预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加固施工过程分析

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发布时间：2021-09-04

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预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加固施工过程分析
李宏江
(交通运输部公路科学研究院，北京1OOO88)
摘要：预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加固技术是为解决合龙段与相邻主梁节段之间的湿接缝
失效问题而提出的。为分析这种加固技术的受力特点，介绍了这种加固技术的实现途径和施工要
点，建立了典型的预应力混凝土斜拉桥的结构计算模型，系统地给出了施工阶段分析的方法，包括
合龙段置换的结构基准计算模型的建立和合龙段置换施工过程的模拟，依据计算结果，分析了合龙
段置换过程中桥面线形、索力以及塔顶偏位等结构状态参数的变化。研究表明，采用该方法能够反
映斜拉桥结构状态的实际变化历程和现状检测结果，模拟计算结果与合龙段置换施工监测结果较
为吻合，从而揭示了合龙段置换施工过程结构的变化特点，可为预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加
固的设计计算和施工控制提供依据。
关键词：预应力混凝土；斜拉桥；加固；置换；施工过程
中图分类号：U445．7 文献标志码：A 文章编号：1674-4764(2012)01—0047-07
Construction Stage Analysis on Replacement of Closure Segment in
Prestressed Concrete Cable—stayed Bridges
LI Hong-jiang
(Research Institute of Highway，The Ministry of Communications，Beijing 100088，P．R．China)
Abstract：To deal with failure of wet j oint between a closure segment and its neighboring segments of main
girder in an existing prestressed concrete cable—stayed bridge，the technology on replacement of closure
segment was presented． In order to analyze structural characteristics of this technology， its technical
approaches and construction key points were introduced． Then a FEM model for a typical prestressed
concrete cable—stayed bridge was established，and a construction stage analysis method was given in detail，
including establishing a structural basement calculation model for replacement of closure segment and
simulating its construction procedures．Based upon calculation results，variations of some structural state
parameters with construction stages， such as deck deflection of main girder， longitudinal horizontal
displacement at the top of pylons，cable forces，were analyzed． The results showed，this method could
reflect actual change process of structural state and existing inspected results of cable—stayed bridge，and
FEM results could well meet with construction monitoring results during replacement of closure segment．
Thus variations of structural characteristics with construction stages could actually be revealed． This
method could provide references for design and construction control of replacement of closure segment in
existing prestressed concrete cable—stayed bridges．
Key words：prestressed concrete；cable—stayed bridges；strengthening；replacement；construction stages
收稿日期：2011-05-08
基金项目：交通运输部西部交通建设科技项目(20¨O73182234O)
作者简介：李宏江(1973一)，男，博士，副研究员，主要从事大跨桥梁加固理论与设计方法研究，(E—mail)hj．1i@rioh．en。
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土木建筑与环境工程第34卷
合龙是大跨度预应力混凝土斜拉桥(以下简称
“PC斜拉桥”)成桥连梁的关键环节，合龙段通常为
现浇混凝土块件，故它与相邻主梁节段之间的连接
一般为湿接缝形式。受到节段问混凝土龄期和收缩
性能差异的影响，湿接缝混凝土的抗拉强度往往比
节段内混凝土降低很多_1 ]。若接缝混凝土压应力
储备不足或接缝构造存在缺陷，在长期反复荷载作
用下容易发生开裂，随运营时间的累积，裂缝宽度和
深度逐渐增大，进而造成接缝处钢筋断裂，最终形成
结构安全隐患，天津永和大桥便是如此。针对这种
病害，常规的加固方式难以根除隐患，于是合龙段置
换加固技术便应运而生了。天津永和大桥主跨合龙
段的构造、预应力的布置形式及合龙方式等均决定
并提供了置换的可行性，使得它率先在这项加固技术
上做出了探索与实践 ]。尽管合龙段置换加固技术
有着它的使用范围或适用条件，但其加固计算方法对
今后旧桥加固设计理论及施工控制技术的发展却具
有重大而深远的参考与借鉴意义。本文结合该桥的
维修加固工程，给出其主跨合龙段置换施工过程的仿
真计算方法，诠释施工过程中主要结构状态参数的变
化规律，以揭示合龙段置换加固技术的特点。
1 永和大桥简介
天津永和大桥为5孔一联、主孔跨径260 rn、双
塔双索面、塔墩固结、连续呈漂浮体系的PC斜拉
桥，如图1所示。该桥主梁梁高2．0 m，包括风嘴总
宽14．5 in，由2个三角形边箱组成半封闭式断面，
如图2所示，主梁的架设方法是以塔柱为中心，对称
向两侧逐对悬拼并挂索，主梁预制块件之间用环氧
树脂胶接，并接长和张拉纵向预应力筋，挂完7对索
后，与岸跨现浇段合龙，并解除梁端临时水平约束，
形成半桥状态，此时进行一次全面调索，其目的是调
整半桥悬臂端标高，同时进一步减小索力误差。半
桥调索后继续悬拼挂索施工，待2个半桥均挂完11
对索后进行中跨合龙。中桥合龙后，再进行一次全
面调索。最后，进行桥面二期恒载施工。主跨合龙
段的设计长度为4．3 m，其纵向预应力钢筋采用交
叉锚固方式布置，如图3所示。
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营意 I25．15l 99．85 260 f 99
．85 l25．1
图1 天津永和大桥总体布置(单位：Il1)
图2 主跨合龙段横断面(单位：cm)
4．3 m( 跨现浇合龙段)
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轧丝锚加联妾北
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图3 合龙段纵向预应力交叉锚固方式
该桥建成于1987年，运营18 a后，主跨合龙段
与南侧21 预制节段之间的湿接缝开裂，裂缝上窄下
宽，下缘开裂宽度达lO cm，车辆过桥时裂缝宽度具
有明显的活动性，现场实测活动幅度达9 mm。另
外，接缝处存在部分普通钢筋及预应力钢筋断裂的
现象，造成接缝接近失效状态。后来，为彻底消除安
全隐患，该桥首次进行了主跨合龙段置换加固工
程引。
2 合龙段置换加固技术
与建筑结构中的置换混凝土加固方法相似，合龙
段置换加固技术的实现途径包括原合龙段的拆除、新
合龙段的恢复以及新合龙段的加强。原合龙段的安
全拆除是实现置换的先决条件。新合龙段的恢复，其
施工工艺有些类似新桥合龙的过程，新老混凝土的结
合是关键。新合龙段的加强，是采用有效措施建立新
合龙段自身的合理应力状态，加强新合龙段附近梁段
的局部刚度及其与原结构主梁的连接。下面结合天
津永和大桥，介绍该技术的关键环节。
2．1 劲性骨架
为保证原合龙段拆除后桥跨结构仍处于连梁状
态，需要在原合龙段拆除前对其进行体外锁定，同
时，为保证新合龙段混凝土的浇筑质量，也需要两半
桥悬臂端的相对位置固定。这样，劲性骨架在合龙
段置换中扮演着至关重要的作用，其自身的强度