將軍河索道橋的檢測與檢算
1、概述
鄖西縣漢水將軍河索道橋建造于1990年，橋式為索道公路橋，由地錨、地錨桿、橋臺（鞍座）、主纜、橫梁、連接件、橋面板七大部分構(gòu)成，橋梁凈跨342m，車行道凈寬4．1m，兩側(cè)人行道凈寬各0．75 m。設計荷載為汽～15、掛車一80，人群荷載2 kN /In 。地錨為重力埋置式地錨，預留地錨鞍，主纜通過連接件、地錨桿、錨鞍與地錨連接成一整體。主纜共74根，其中，穩(wěn)定主纜24根，防險主纜6根，人行道主纜10根，車行道主纜34根。橫梁共36根，通過枕木、扣件懸掛于主纜下面。橋面由兩岸進出口段與跨中橋面組成，進出口段由l3根進出口桁與人行道、車行道進出口橋面板構(gòu)成。橋面由36根橫梁分成37段。車行道兩側(cè)設置人行道，人行道中心線與橋軸線的距離為3m。木制橋面板直接鋪設于主纜之上，用連接件進行固定。索道橋結(jié)構(gòu)形式見圖1。
該橋自建成后已運營了十多年，為了確保橋梁安全運營，于2002年3月對該橋進行了全面檢查。
2、檢測及結(jié)果
2．1 外觀普查
（1）行車道主纜。主纜有銹斑，錨桿局部見銹斑．滑輪夾板銹蝕較嚴重，可見成片蝕垢，局部銹蝕深度約1 mm。6號主纜在滑輪處斷絲1根。
錨桿、夾板普遍出現(xiàn)嚴重銹蝕現(xiàn)象，下層主纜滑輪夾板減薄約3～5mm。14號主纜錨桿直徑局部減少約4mm。銷軸端擋板已基本銹壞。
?。?）穩(wěn)定主纜。連接器表面銹蝕嚴重，見大片深約3 mKll蝕坑，錨桿根部銹蝕嚴重，直徑減少約2～3 mm，下層主纜滑輪夾板銹蝕嚴重（分層、減薄約1～2 mm），錨窒口主纜表面見浮銹層。
?。?）保險主纜。錨桿銷軸擋板嚴重銹蝕，錨桿根部銹蝕嚴重。
?。?）人行道主纜。錨桿點蝕，主纜局部見浮銹，滑輪、鉸鏈夾板銹蝕嚴重。
?。?）橋面板下主纜及橫梁。鄖西縣側(cè)鞍座外主纜磨損嚴重，局部減薄l mm，主纜頂部見大片浮銹。8號主纜斷5絲，7號主纜斷2絲，9號主纜斷1絲。
抽查多處橫梁所在位置，發(fā)現(xiàn)主纜局部有浮銹，情況較錨室處好；橫梁情況尚可，僅發(fā)現(xiàn)局部漆膜剝落、浮銹情況。
經(jīng)開挖檢查了橋兩岸埋人土層中的錨桿各一處，發(fā)現(xiàn)錨桿情況尚可，僅有局部漆膜剝落現(xiàn)象。從橋下檢查發(fā)現(xiàn)，多處主纜表面黃油干枯脫落出現(xiàn)浮銹。橋面木板多處腐爛。
2．2 橋面線形、矢度測量
用自動安平水準儀對全橋上、下游線形進行測量，最大矢度為8．037 m，超過了設計值（設計值≤ 8 m）。
2．3 主纜拉力測量
2．3．1 測量基本原理
將主纜視為弦的振動，在主纜上任意截取單元體，其基本平衡方程為：
其中，EI為主纜的彎曲剛度；P為拉力；m為主纜單位長度的質(zhì)量；y為主纜的振幅；x為沿主纜方向的坐標；t為時間。
在主纜兩端為鉸支的情況下，式（1）的解式為：
其中，I為主纜的計算長度；k為主纜的自振頻率的階數(shù)，R一1，2，3，? ， ；fk為主纜的第k 階自振頻率。
式（2）是主纜的自振頻率和相應主纜力的一般關(guān)系式，一般而言，主纜的彎曲剛度與主纜長度的平方相比很小，可忽略不計，故式（2）可改為：
2．3．2 基本方法
通常情況是利用加速度傳感器測量主纜在環(huán)境震動激勵下的振動信號，經(jīng)過濾波、放大、譜分析，獲得主纜固有頻率，利用式（3）獲得主纜拉力。
2．4 損傷原因分析
?。?）橋臺兩頭的錨室及其附近缺少必要的排水設施，導致雨水、污水滲透或直接流向錨室，錨室地面堆積一層很厚的垃圾，使得錨室內(nèi)的錨桿、凋節(jié)器、滑輪、滑輪夾板等構(gòu)件長期處于潮濕的環(huán)境之中。特別在夏天，由于高溫作用更會加快其銹蝕速度，引起錨桿、調(diào)節(jié)器、滑輪、滑輪夾板、主纜嚴重銹蝕，大大削弱受力面積，削減面積達20%～30%。
?。?）主纜防護、養(yǎng)護力度不夠，相當一部分主纜表面黃油干枯脫落，并出現(xiàn)浮銹，嚴重威脅主纜的使用壽命及橋梁安全運營。有部分主纜因銹蝕而發(fā)現(xiàn)斷絲情況，這對橋梁安全運營非常不利。
?。?）橋面板多處腐爛，位于橫梁上的枕木嚴重腐爛，橫梁已發(fā)生位移。最大矢度超過原設計允許矢度值。當車輛在橋上行駛時，上坡難以爬行，橋面板產(chǎn)生相對滑動，并摩擦主纜。主纜有些部分因摩擦而損傷，并出現(xiàn)斷絲情況。
（4）主纜受力情況：① 穩(wěn)定主纜、防險主纜的拉力相對較均勻，偏差較??；② 人行道主纜拉力偏差較大，最大值與最小值相差159 kN。如1 6號主纜拉力513 kN，19號主纜拉力354 kN，建議進行調(diào)整；③ 行車道主纜拉力部分偏差較大，最大值與最小值相差181 kN，如22號主纜拉力513 kN，33號主纜拉力332 kN，建議進行調(diào)整。
3、有關(guān)驗算
3．1 竣工后檢測資料
1990年6月23日該橋靜載整體參數(shù)見表1。
成橋時滿載荷載試驗的結(jié)果為：跨中矢度8．736 m，最大橫坡度19 22 ；左岸最大縱坡8．6%，右岸最大縱坡8．7%。
竣工時的結(jié)論：該橋通行平穩(wěn)，無任何異常現(xiàn)象，總體滿足設計要求。
3．2 驗算的步驟及內(nèi)容
（1）計算空纜的線形；
?。?）按設計矢度7．726 m計算恒載（梁與主纜）作用下的主纜拉力；
?。?）計算全橋竣工后恒載作用下的主纜拉力；
（4）計算在全橋竣工后滿載（跨中5輛車共800kN）下的主纜拉力、撓度；
?。?）計算全橋滿布車載（汽車一15級2o輛車）下的主纜拉力、撓度；
?。?）按本次現(xiàn)場實測矢度和線形計算恒載（梁、主纜、橋面板）作用下的主纜拉力。
梁與索的結(jié)構(gòu)計算模型見圖2。
3．3 計算結(jié)果
按上述步驟，用通用結(jié)構(gòu)仿真程序驗算主纜強度、橫梁強度、索道橋跨中撓度和主纜單元內(nèi)力、全橋滿布車載下主纜拉力以及恒載下索力，其結(jié)果匯總見表2。
3．4 驗算結(jié)果分析
?。?）由主纜強度驗算（荷載按竣工后，跨中5輛車800 kN計）可知，安全系數(shù)K：4．39，而由漢水將軍河索道橋的現(xiàn)場實測矢度和線形計算索力可知，實際安全系數(shù)為K=3．4，主纜中最多斷絲達8絲（其承載力約減少3．6 ），可能還不會影響索道橋的承載能力。但由于缺乏主纜鞍處的資料。無法進行主纜彎曲處安全系數(shù)的分析和計算，而該部分對于鋼絲繩而言是比較不利部分，從普查資料發(fā)現(xiàn)該部位鋼絲繩有不同的斷絲現(xiàn)象。因此該處將成為橋梁主要的安全隱患。
?。?）索道橋竣工后曾經(jīng)發(fā)生過錨桿斷裂事故，而現(xiàn)場檢查顯示部分錨桿局部銹蝕嚴重。如直徑為50．0mm 的14號錨桿局部減少約4mm，截面面積減少29．44 ，未損傷時錨桿承載力為608．7 kN、極限承載力為1158 kN，而局部銹蝕嚴重的錨桿承載力為429．3 kN，局部銹蝕嚴重的破斷力為810．6kN，可見，局部銹蝕嚴重的錨桿的抗拉承載力已不能滿足安全營運要求。從實測來看，實測值比14號錨桿容許承載力大，但比破斷力小，因此，可以認為14號錨桿可能在經(jīng)過屈服后又進入強度硬化提高，這也是導致主纜線形、矢度與建成初期產(chǎn)生差異的原因，建議對銹蝕嚴重的錨桿進行更換，以確保橋梁安全。另外，計算拉力比實測索力小，穩(wěn)定主纜、防險主纜拉力相對較均勻（偏差較?。?，人行道主纜拉力偏差較大，最大值與最小值相差159 kN，應該進行調(diào)整。行車道主纜拉力部分偏差更大，最大值與最小值相差181 kN，應該進行調(diào)整。
（3）主纜矢度已大于設計矢度，實測拉力普遍大于計算拉力，個別拉力實測值比計算值大55 ．鋼絲繩結(jié)構(gòu)安全系數(shù)也較低。
（4）從普查檢算的情況來分析，該橋部分錨桿、調(diào)節(jié)器、滑輪夾板已嚴重銹蝕，個別錨桿的承載力已不能滿足規(guī)范要求，橋梁線形和矢度已超過設計允
許值，該橋在未經(jīng)整治和加固前已不能滿足按設計荷載正常運營的要求。
4、養(yǎng)護、維修建議
4．1 鋼構(gòu)件
鋼構(gòu)件包括鋼橫梁、鞍座、錨桿以及鋼橫梁上的吊環(huán)等，其維修養(yǎng)護重點在于除銹和涂漆防銹。首先應更換部分銹蝕較嚴重的錨桿、調(diào)節(jié)器、滑輪、滑輪夾板，調(diào)節(jié)橋梁線形，使主纜矢度滿足原設計要求。
4．2 主纜
?。?）對主纜及配套設施應定期檢查，重點檢查部位是主纜與錨桿的連接和主纜與鋼桁梁吊環(huán)、鞍座的接觸部位。每年至少應進行1次檢查，遇到異常情況時應加強檢查，每次檢查后應有詳細的記錄。
?。?）檢查主纜的防銹措施，對主纜上缺少防護油的地方涂防護油，主纜兩端錨桿進行除銹和涂漆。
?。?）對主纜拉力及橋面線形做定期檢查，根據(jù)檢測結(jié)果對主纜拉力過大或太小的應進行拉力調(diào)整。主纜拉力調(diào)整時應同時配合進行橋梁的線形測定，若矢度太大，應進行調(diào)整（拉緊主纜，減小矢度）。
4．3 橋面板
?。?）應經(jīng)常清掃橋面，保持橋面清潔平整。冬季結(jié)冰或下雪后，應及時清除橋面上的冰塊和積雪。
?。?）加強檢查，發(fā)現(xiàn)橋面損傷應及時修補，修補時應嚴格控制施工荷載的重量。
?。?）當大面積的更換橋面板時，應注意施工工藝，控制施工荷載。新的橋面板重量不應超過原橋面板重量。
4．4 其它
（1）增加橋臺兩頭錨室的排水設施。
（2）派專人或成立專班對橋梁進行日常管理。
?。?）鑒于橋梁目前存在較為嚴重的病害，應切實做好限速、限載的規(guī)定，每次只允許單輛汽車過橋，車速不超過10 km/h，最大允許荷載為150kN。
?。?）橋面要保持清潔，注意防火，禁止行人在橋上玩耍嬉戲。
5、結(jié)語
本文通過漢水將軍河索道橋的實例，對索道橋的檢測與檢算做了一定的探討，也提出了一些相應的維護措施，供同行們切磋、借鑒，共同為舊、危橋加固處理積累經(jīng)驗。
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