蘭重公路關(guān)頭壩懸索橋檢測(cè)技術(shù)

艾璇

【摘 要】蘭重公路（國(guó)道212線）關(guān)頭壩懸索橋位于甘肅省文縣境內(nèi)，于1989年9月建成通車，5.12汶川地震對(duì)大橋產(chǎn)生了十分不利的影響，極大地增加了橋梁安全的不確定性。通過(guò)對(duì)大橋的動(dòng)、靜載試驗(yàn)和線性測(cè)試，獲得了相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。在分析試驗(yàn)結(jié)果，并將之與理論計(jì)算相對(duì)比的基礎(chǔ)上，客觀地評(píng)價(jià)了橋梁在營(yíng)運(yùn)20多年后的健康狀況。進(jìn)而，提出了橋梁的管養(yǎng)建議。

【關(guān)鍵詞】關(guān)頭壩大橋 懸索橋 試驗(yàn) 檢測(cè)

1 概述

1.1 橋梁概況

關(guān)頭壩大橋地處甘肅文縣境內(nèi)，于1989年9月建成通車，是蘭重公路（國(guó)道212線）跨越白龍江的一座重要橋梁。橋梁原設(shè)計(jì)樁號(hào)為K658+700，現(xiàn)養(yǎng)護(hù)樁號(hào)為K639+678。橋梁正交，全長(zhǎng)213.11m，橋?qū)拑?7+2×0.25m。大橋主跨為1-180m有加勁梁（鋼桁架）雙鏈?zhǔn)綉宜鳂?，蘭州岸引橋?yàn)?-8.0m鋼筋混凝土板橋，重慶岸引橋?yàn)?-16m少筋微彎板組合梁橋。大橋采用鋼筋混凝土門式索塔，雙柱式橋墩，擴(kuò)大基礎(chǔ)；地基持力層為千枚巖層?；字了斎?9.27m，其中塔高23.27m；塔柱中距為9.32m。蘭州岸采用隧洞式地錨，錨錠由承托板伸入基巖鑿成的錨洞；重慶岸錨錠為一般混凝土重力式錨錠。橋梁設(shè)計(jì)荷載：汽車-20級(jí)，掛車-100級(jí)。

橋梁采用的鋼材：型鋼及主桁架節(jié)點(diǎn)為16Mn鋼，其余為35號(hào)鑄鋼、35號(hào)和5號(hào)鍛鋼及A3鋼；全橋主索共四束，上下鏈各兩束，均采用Ф45的7×19的高強(qiáng)度鋼絲繩，其公稱抗拉強(qiáng)度為150Kgf/mm2；上鏈吊桿為7×19Ф30的單根鋼絲繩，下鏈吊桿為7×19Ф42的單根鋼絲繩，吊桿并列、平行設(shè)置，間距70cm；直徑12mm及以上的鋼筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋，其余均為Ⅰ級(jí)鋼筋；主桁架及吊桿連接的螺栓為高強(qiáng)螺栓，其螺栓、螺母和墊圈的型式、尺寸及技術(shù)條件以GB1228～1231-76為準(zhǔn)，材質(zhì)為45#優(yōu)質(zhì)碳素鋼。主跨行車道板為300#鋼筋混凝土，橋面鋪裝為250#防水混凝土，錨錠承托板、碧口岸引橋主梁和微彎板為250#混凝土；橋臺(tái)、基礎(chǔ)及碧口岸錨錠為150#混凝土，其余構(gòu)件均采用200#混凝土。

1.2 橋位處自然地理概況

關(guān)頭壩大橋地處文縣中東部，與白龍江、白水江兩江交匯口相距約200米，下游1公里處即為文縣四大雄關(guān)之一——“秦蜀咽喉”——玉壘關(guān)所在。橋位處屬西秦嶺岷山山系，為典型的中高山地和河川谷地地貌。橋位周邊的玉壘、碧口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，屬南北過(guò)渡性北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)。區(qū)域內(nèi)四季分明，年平均氣溫15℃左右，氣溫變化較小，晝夜溫差不大。多年平均降水量在800～900mm之間，單日最大降水量166.1mm，降雨多集中在6～9月。多雨、潮濕的自然環(huán)境，對(duì)大橋的防銹蝕工作帶來(lái)極大的不利影響。

大橋設(shè)計(jì)地震設(shè)防烈度為Ⅵ度，未考慮地震力的影響。5.12汶川地震對(duì)文縣的破壞程度很大，評(píng)估地震對(duì)大橋的不利影響，也是本次橋梁檢測(cè)的主要任務(wù)之一。

2 大橋外觀檢查

橋面鋼筋混凝土整體質(zhì)量良好，防水層未見(jiàn)明顯病害，抗滑構(gòu)造的抗滑作用衰退不顯著。主跨蘭州岸伸縮縫鋼板斷裂、變形，重慶岸伸縮完好；扶手繩、欄桿繩未見(jiàn)傷痕。主跨兩端梁（板）式邊跨技術(shù)狀況良好。加勁梁桁架鋼構(gòu)件質(zhì)量尚可，未見(jiàn)變形或裂縫，但防銹漆有老化、剝落現(xiàn)象，個(gè)別角鋼輕微銹蝕。構(gòu)件連接完好，未見(jiàn)承壓破壞或剪切破壞。蘭州岸鉸支座（固定支座）滲水痕跡明顯，排水不良，環(huán)境潮濕，銹蝕較嚴(yán)重；重慶岸輥軸支座（可動(dòng)支座）有積水現(xiàn)象，滾軸潤(rùn)滑油溢出，輕度銹蝕。主索線形完好，局部面漆有裂紋、起皮。吊桿齊全、無(wú)變形，部分有輕度銹蝕。索夾及連接件未見(jiàn)變形、松動(dòng)，表層防護(hù)漆局部老化、起皮。塔頂索鞍未見(jiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，僅有局部防護(hù)漆老化。塔、墩體未見(jiàn)傾斜，結(jié)構(gòu)尺寸完整，混凝土表面密實(shí)、光滑，未見(jiàn)“表面硬化”（碳化）現(xiàn)象。

3 荷載試驗(yàn)

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)原理

采用脈動(dòng)法實(shí)施橋梁動(dòng)載試驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采集、記錄各測(cè)點(diǎn)對(duì)大地脈動(dòng)（激勵(lì)源）的響應(yīng)信號(hào)，將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞函數(shù)、功率譜密度函數(shù)的數(shù)學(xué)分析，以此確定大橋結(jié)構(gòu)固有的自振頻率、振型等動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)。

3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)構(gòu)自振主要表征了結(jié)構(gòu)剛度的大小。自振特性是影響懸索橋橋梁安全的直接因素，是車橋相互動(dòng)力作用和抗震、抗風(fēng)分析的重要指標(biāo)。大橋?qū)崪y(cè)縱、橫向和扭轉(zhuǎn)自振頻率分別為0.685Hz、0.390Hz和1.560Hz；三個(gè)方向自振頻率計(jì)算值分別為0.626Hz、0.262Hz和0.794Hz，結(jié)果表明大橋?qū)嶋H剛度較大，整體性能良好。

3.2 靜載試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)原理

在橋梁的既定截面加載試驗(yàn)等效荷載，實(shí)測(cè)加載后加勁梁的撓度值，將結(jié)果與計(jì)算撓度值做比較，進(jìn)而判斷橋梁在荷載作用下的工作性能。本次橋梁檢測(cè)，以2臺(tái)車貨總重30T的載重車輛為等效載重。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在主跨跨中（彎矩、撓度最不利位置）和1/4L截面布置等效荷載，僅有一點(diǎn)處實(shí)測(cè)最大撓度值大于其計(jì)算值，即大橋主跨既有剛度基本滿足使用要求。

4 主索及吊桿的線性測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定主索縱、橫向的位移和吊桿傾角，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析；在此基礎(chǔ)上，評(píng)估主要受力構(gòu)件產(chǎn)生變形與位移后的安全性能。試驗(yàn)中，主索編號(hào)規(guī)則為：在公路橫斷面方向，由河流上游至下游依次編號(hào)1#主索、2#主索、3#主索和4#主索。

試驗(yàn)結(jié)果表明，1#主索與4#主索分別平均向重慶岸位移 5.26mm和6.94mm，位移均方差分別為1.38mm和0.87mm；2#主索與3#主索分別向蘭州岸平均位移6.0mm和6.29mm，位移均方差分別為0.76mm和1.15mm。主索水平位移均方差較小，表征了大橋主索水平方向的位移較為均勻。同時(shí)，1#、2#、3#和4#主索分別平均向下位移15mm、14.2mm、15.68mm和16.32mm，位移均方差分別為5.65mm，5.46mm、5.93mm和6.17mm。主索豎向位移均方差較大，反映了大橋在營(yíng)運(yùn)20多年后，各截面的豎向位移值差異較大。

主索上的各吊桿，也隨著主索的平面位移而傾斜，（傾角以按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為正）。1#主索吊桿平均傾角為0.047°，均方差0.033°；2#主索吊桿平均傾角為-0.06°，均方差0.046°；3#主索吊桿平均傾角為-0.059°，均方差0.044°；4#主索吊桿平均傾角為0.069°，均方差0.0353°。吊桿傾角均方差很小，表明吊桿傾斜的程度比較均勻。

橋梁自重和車輛荷載長(zhǎng)期作用所引起的主索松弛，是主索和吊桿位移的根本原因。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合分析大橋主跨試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，表明關(guān)頭壩懸索橋主跨各主、次要部件及結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況良好，實(shí)際剛度和承載能力亦尚能滿足公路交通運(yùn)輸現(xiàn)狀。同時(shí)表明，5.12汶川地震對(duì)大橋的影響不顯著，橋梁各構(gòu)件未發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)性損傷。

建議進(jìn)一步加強(qiáng)橋梁的養(yǎng)護(hù)工作，確保橋梁各鋼質(zhì)部件的除銹、防腐工作及時(shí)、有效，做好橋面、支座的防水工作，及時(shí)清理、維修伸縮縫等部件，以有效延緩橋梁部件老化的速率，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。同時(shí)，加大重載車輛的管理力度，嚴(yán)格控制超限車輛的通行，禁止車貨總重超過(guò)55T的車輛上橋行駛。鑒于橋梁尚具有極其重要的戰(zhàn)略意義，建議建立關(guān)頭壩大橋變形和振動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反映橋梁的結(jié)構(gòu)安全和營(yíng)運(yùn)安全信息。

致謝：本文在形成過(guò)程中，征引了蘭州交通大學(xué)王起才教授及其研究團(tuán)隊(duì)的科研成果——《甘川公路關(guān)頭壩懸索橋荷載試驗(yàn)報(bào)告》中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，在此向他們表示誠(chéng)摯的感謝。

參考文獻(xiàn)：

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