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钢结构人行悬索桥运营现状一般评定研究

更新时间:2009-03-28

悬索桥是由主缆、吊索、桥面等构成的组合体系,受拉悬索是其主要的承重结构。古代的悬索桥一般采用藤索或铁索[1-2]作为受拉悬索,其桥面窄、跨径小。随着材料科学、结构理论、施工技术等进步,现代悬索桥逐渐发展为以高强钢丝承重索和加劲梁为特征的结构体系,当加劲梁采用钢结构则称为钢悬索桥[3-6]。由于钢加劲梁具有轻质高强、工厂化程度高、地形适应能力强、架设灵活、施工周期短、资源可回收等优点,钢悬索桥成为跨越江河和深沟的主要桥型之一。当跨越障碍较宽(100~400 m),以行人交通为主或兼顾小吨位机动车通行,且受制于投资规模时,钢结构人行悬索桥是一种理想桥型,能同时较好地满足适用性与经济性[7-9],并在我国山区和城市跨线桥中得到较多运用。

自建成后,钢结构悬索桥的主缆、加劲梁、吊索等构件就一直处于自然环境和各类荷载作用下,其在运营使用过程中难免出现病害或损伤。目前,相关研究多集中在大跨钢箱梁或钢桁梁悬索桥的病害检测与评估[10-11]、承载能力评价[12]、疲劳裂纹检测与评估[13-15]等方面。受制于资金投入少、技术力量弱、养护频率低、无相应评价规范等因素,运营期间的人行钢悬索桥亟需进行病害检测与状况评定。本文以在役钢结构人行悬索桥为对象进行桥梁病害检测,同时参考公路大跨钢悬索桥评定流程进行桥梁技术状况评定。该评定方法和结论可供类似的人行钢悬索桥借鉴参考。

1 桥梁一般评定目的与方法

在桥梁运营养护决策中,对桥梁进行技术状况评定是最重要的一个环节,且评定结果对养护维修等级、措施及可能的技术方案都有重要影响。桥梁现状评价依赖于必要的外业检查与管养维护档案资料,其中外业检查是技术状况评定的先导工作,检查的类别与层次直接影响选取的评定方法。根据JTG H11-2004《公路桥涵养护规范》(下文简称之《养护规范》)可知,桥梁状况一般评定指依据桥梁定期检查资料,通过综合评估确定桥梁技术等级。桥梁技术状况评估的目的是为其养护和维修提供科学依据[16]。一般评定的前期基础工作是定期检查,相应的检查手段主要是表观缺陷与无损检查(例如回弹测强等),或局部破损检查。由于不同检测机构或人员对构件划分、病害性质及具体程度等的判断可能不一致,相应检查资料往往带有一定的主观性。因此,一般评定的结果往往反映桥梁结构宏观的使用性能。

根据JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》(下文简称之《评定标准》),采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法进行桥梁一般评定。分层综合评定法应遵循“逐级、向上”的原则,主要步骤如下。

1)仔细核对各构件病害的定性描述和定量描述,确定构件病害的性质、程度及标度,按病害种类及其数量计算扣分值DP。以上部结构的第i类部件的第l构件为例,构件评分PMCIl按式(1)和式(2)计算:

(1)

 

(2)

式(1)和式(2)中,k为扣分指标的种类数;Uxy为引入的中间变量。

2)对照构件,建立归属部件,计算部件技术状况评分。以上部结构的第i类部件为例,部件评分PCCIi按式(3)计算,上部结构评分SPCI按式(4)计算:

基于北京东直门轨道客运换乘站3月5日、7日全天的AFC刷卡数据,以15 min为最小时间单元提取进站、出站和换乘客流. 结果如图1、图2所示.

(3)

×Wi

(4)

人行钢悬索桥示意图如图1所示。图1中的跨河钢结构人行桥建成于2010年,是两岸附近居民日常往来的唯一通道。其设计荷载为3.0 kN/m2,主桥为1×100 m钢悬索桥,主缆矢高为8.33 m,垂跨比为1/12,主缆横向间距为2.5 m。全桥共有49根吊索,纵向索距为2.0 m,主梁为全钢结构。主梁与桥面构造示意图如图2所示。主梁由上下层槽钢纵梁与中间工字钢横梁叠合而成,上层纵梁用角钢进行横向加强联系,纵横梁间用螺栓连接。桥面采用钢板结构,板间纵向接缝进行焊接处理,桥面与地面间为人行梯步。两岸采用混凝土桥塔及重力式锚碇,塔身、塔基、锚碇均采用C30混凝土。

随着我国经济以及社会的快速发展,我国迅速进入数字化时代,此时信息发现、信息分析整合、信息管理以及信息创新应用都发生了很大的改变。在此背景下,如何加强我国党校图书馆的信息整合建设,受到了我国党和政府的高度重视。习近平总书记曾指出:我国的党校图书馆信息整合建设应重点从提高信息质量、推动信息创新方面下手。加强党校图书馆为党政部门决策所提供的的信息资源和服务,实现我国党政建设的健康发展。

此外,5类桥梁单项控制指标在一般评定中执行“一票否决制”。对于悬索桥,其单向指标主要有:主缆或多根吊索出现严重锈蚀、断丝,桥塔基础有严重沉降或位移,锚碇有水平位移或沉降等。

⑤ 图面配置,地图整饰:合理安排附图、附表、文字说明、图例的位置,突出表达地图主题,且生动活泼、灵活多变,并按统一设计要求进行地图整饰。

2 钢结构人行悬索桥概况

式(3)中,t值由构件数量n决定。

考虑到该悬索桥对当地居民通行的重要性与钢结构构造的特殊性,为保证桥梁的正常使用功能与通行安全,应及时了解桥梁目前实际运营状况。本文参考《评定标准》中有关公路大跨悬索桥的技术状况评定内容和权重,重新调整人行悬索桥的构件分类。通过详细的外观与专项检查,了解全桥构件病害情况后,采用分层综合法进行人行钢悬索桥技术状况一般评定,得到目前的桥梁技术状况等级,并针对薄弱部位提出养护建议。

常规剪冲工艺,定子圆片冲制分为两道工序:(1)圆形片落料;(2)冲片经人工旋转一定角度冲制定位键槽。按照该工艺方法,工作效率低,工作量大,费时费力,而且容易出错,不利于产品流转。于是提出了将落料与冲槽两道工序合并为一道工序,设计可换位冲槽定子圆片落料模。该模具在传统落料模的基础上,增加了可换位键槽凸模,文中主要介绍可换位键槽凸模模块的设计。

  

 

1 人行钢悬索桥示意图

  

 

2 主梁与桥面构造示意图

3 钢结构人行悬索桥现状病害检测

以构件为最低检测层次,搭设所需作业平台后,结合目视与专项仪器进行全桥病害检测。从西向东对构件编号,依次为0#锚碇、1#塔、2#塔、3#锚碇。主梁分上下2层纵梁,依次为上层1#~5#纵梁、下层1#~2#纵梁。以相邻吊索间距划分主梁,并依次编号为1#~50#节段,相应的吊索及横梁依次为:0#~48#上游吊索、0'#~48'#下游吊索、0#~48#横梁。桥梁的上、下部结构及桥面系的主要病害如下所述。

3.1 主梁

经检查,全桥型钢纵横梁多处轻微锈蚀,并出现防锈层局部剥落的现象;9#、11#、12#、14#、17#、23#、38#、41#节段主梁的连接螺栓松动;29#、30#、37#节段钢横梁发生扭转变形,横向联系角钢局部出现弯曲变形(如图3所示)。 经检查,全桥下纵梁钢板搭接处每间隔10 m进行了加强焊接。

  

 

3 横向联系角钢局部弯曲变形

3.2 塔柱

外观检查结果表明,1#塔和2#塔的塔柱在桥面以上3 m范围内出现混凝土网状开裂的现象,1#塔存在局部轻微破损的问题。

借鉴公路大跨悬索桥评定原理,在各构件病害的基础上对悬索桥进行一般评定分析。首先,根据图1中的结构设置,该桥划分为上、下部结构及桥面系3个部分,相应权重不变。上部结构的评价部位和权重Wi按《评定标准》中第4.2.3条取值,型钢纵横梁的评价指标与分级标准参考《评定标准》中的第7.4.2条与第7.4.3条,但加劲梁的构件数量n以吊索间距划分的主梁节段计数,有利于体现不同主梁节段实际病害对评分的影响。由于无散索鞍和调治构造物,对《评定标准》第4.2.3条的下部结构评价部位进行变权调整。因桥面为钢板,且无铺装层,评价时参考《评定标准》中第10.1条桥面铺装病害的分类指标。考虑桥面在结构组成中的权重较小,本桥桥面钢板只计锈蚀病害,并按4个标度进行分级评价,同时在扣除伸缩缝等缺项构件后进行变权调整。

根据JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》与JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》的相关要求,选取1#塔进行材质状况检查。经回弹测强、保护层厚度及碳化深度检测后发现,各指标评定标度均为1。其中,1#塔混凝土强度推定值为44 MPa,推定强度匀质系数Kbt和平均强度匀质系数Kbm分别为1.47和1.69,保护层厚度特征值与设计值之比Dne/Dnd=1.10,碳化深度实测平均值与实测混凝土保护层厚度平均值之比Kc=0.02。鉴于混凝土自然养护龄期已超过1 000 d,本文的回弹测强结果仅供参考。

3.3 缆索系统

缆索系统由悬索桥最主要的承重构件组成。经检查,主缆采用沥青麻絮进行防护处理,但防护层多处已破损、脱落,尤其是跨中区最严重。全桥的索夹表层均出现明显锈蚀、起皮的问题(如图4所示),吊索防护层局部发生轻微破损,其中28'#、37'#吊索锚头由于横梁变形而倾斜。两岸的锚杆、缆风索等有不同程度的锈蚀。塔顶的鞍座轱轴均已锈蚀,且有向小桩号侧滑动的痕迹(如图5所示)。

  

 

4 索夹表层锈蚀

  

 

5 鞍座轱轴锈蚀

3.4 锚碇

锚碇是悬索桥下部结构中最重要的构件,重力式悬索桥主要通过锚碇强大的自重以抵抗主缆拉力。检查结果表明,0#和3#锚碇未见沉降、水平位移或混凝土开裂,但两岸锚碇背墙均有明显的水渍和青苔。

3.5 桥面板与栏杆

经检查,桥面无铺装层,钢桥面板表层多处已锈蚀,11#、15#、29#、41#节段靠栏杆附近的桥面板因焊接不充分或缺焊,导致钢板局部弯曲变形。两侧钢栏杆局部锈蚀,防锈涂层剥落。

3.6 桥梁线形

3)从整体上都可分为上部、下部结构及桥面系,这些部位的重要程度及其病害对结构的影响基本类似。

采用免棱镜模式进行主缆线形测量,测点位于索夹处(2条测线上共98个测点),测量方法为自设坐标系下的三角坐标法。上、下游侧主缆实测线形如图6所示。由图6可知,上、下游侧主缆较对称,线形顺畅。经比较,两侧主缆高程最大差值为5.1 cm。以上游侧0#吊索处桥面为起点,沿上、下游侧栏杆边缘设置桥面线形测点(2条测线上共98个测点),上、下游侧桥面实测线形如图7所示。由图7可知,上、下游侧桥面实测线形趋势较一致,经比较,两侧桥面最大高差达2.9 cm。

此外,从图6和图7中可以看出,上述测量所得的主缆与桥面在上、下游侧的高程都不一致。这是由于局部钢横梁发生了扭转变形,相应吊索、桥面板的位置与设计情况有所不同,导致相应桥面和主缆线形有所下挠。

  

 

6 下游侧主缆实测线形

  

 

7 下游侧桥面实测线形

4 钢结构人行悬索桥一般评定与养护建议

4.1 一般评定思路

对钢结构人行悬索桥的现状进行评估分析,应考虑运营管养现状、各构件病害性质与程度、各部件重要程度等因素。

虽然钢结构人行悬索桥的使用对象不同于公路悬索桥,但两者在如下3个方面具有明显的相似性。

1)组成结构基本相同,都是由主缆、加劲梁、吊索、塔柱等形成的组合体系,而且都以缆索承重为根本的受力特征。

试验梁主要尺寸:总长4 500 mm,简支跨度4 200 mm;混凝土板宽700 mm,厚70 mm;钢梁高200 mm,下翼缘宽400 mm,上翼缘宽60 mm,上、下翼缘板厚8 mm,腹板厚6 mm;所选栓钉直径为13 mm,高50 mm,完全连接结合梁中共布置70个栓钉,不完全连接结合梁中共布置42个栓钉,连接度为60%;钢梁均采用Q235钢,混凝土C30。各试验梁截面尺寸见图1。

2)桥跨结构的病害都按混凝土构件与钢构件分类检测,而且检测方法和工具基本相同。

综合式(1)~(4)中的评分结果与上、下部结构及桥面系的权重,计算桥梁总体状况得分Dr(值域为0~100),对照1~5类桥的分类阈值Dj,可知分层综合评定法所评桥梁状况的类别。整个评分过程表明,影响Dr的主要因素有构件数n、构件得分(PMCIlBMCIlDMCIl)、t值、部件权重Wi。前两者的值通过计算确定,后两者参考《评定标准》查表取值(Wi可能需变权调整)。

在无行人通行的情况下,采用全站仪对主塔倾斜度、主缆线形与桥面线形进行测量(气温11 ℃)。主塔高程测量结果表明,4个塔柱的塔顶高程基本一致,主塔未发生明显倾斜。

/t

因此,可以参考《评定标准》中公路悬索桥的相关方法对本案例桥梁的技术状况进行一般评定。但由于钢结构人行悬索桥不供机动车辆通行,桥面系构造更简单,因而在评定过程中应根据桥面实际情况对缺项构件进行必要的变权调整。

4.2 一般评定过程与结果

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政府可承受、农民可接受、发展可持续,在这场土地改革中,我们积极探索,用优化土地资源的成功实践与创新,创造了“嘉兴模式”。

以主梁为例,除未见病害的构件,其余构件的现状病害归类为:横梁局部变形、钢梁表面轻微锈蚀、少量螺栓松动。病害较严重的是29#、30#、37#节段主梁,且存在同一构件有2种病害的现象。对照每种病害的定量描述与相应标度,这3个构件评分PMCI=32.93,计算其余47个主梁构件的评分后,按式(3)计算得主梁部件的评分PCCI=53.79。同理,逐一计算索塔、主缆、索夹等构件的评分后,可得上部结构评分SPCI=65.63,结构总体状况评分Dr=76.33。上部结构技术状况评定见表1,全桥综合技术状况评定见表2。由表1和表2可知,该桥技术状况等级为3类,表明桥梁有中等缺损,且尚能维持正常使用功能。

(3) 通过构建分裂过程中染色体变化的模型,锻炼动手能力;在探究过程中,尝试通过小组合作的方式,提升合作学习能力,增强团队意识,培养创新精神;通过细胞周期大转盘的拼装游戏,提高实践能力,提升综合运用知识的能力。

综上所述,针对糖尿病周围神经病变患者采取高频超声检查的效果显著,既可帮助患者及早确诊周围神经病变,并为其临床治疗提供可靠依据。

 

1 上部结构技术状况评定

  

评价部位构件最低得分部件得分部件权重上部结构评分SPCI评定等级主梁索塔支座主鞍主缆索夹吊索锚杆32.9361.7475.0075.0075.0060.0075.0075.0053.7964.3472.3772.3772.5044.0065.0072.500.150.200.050.040.250.040.170.1065.633类

 

2 全桥综合技术状况评定

  

评价部位分项评分分项等级总体评分Dr总体等级上部结构下部结构桥面系65.6389.0072.403类2类3类76.333类

4.3 病害分析与养护建议

综合现状检查、结构评定和养护维修资料,该钢结构人行悬索桥主要病害及原因如下所述。

但是由于一些学生主动性与积极性的缺乏,使得这种模式下,相应校园文化的覆盖面与传播范围不如设立校徽、校歌等文化载体的保护与建立模式,个别学生会觉得参与感不强或是浪费时间,而对相应校园文化逐渐丧失兴趣,甚至在毕业后逐渐淡忘。

1)钢构件表面锈蚀。腐蚀是影响高强度钢丝性能退化的重要原因[17]。该桥跨越河流,桥位处空气湿度较大,但现有防锈效果较差,主缆防护层破损严重,纵横梁、索夹、锚头、桥面钢板等均有可见锈蚀。

2)钢构件连接缺陷。钢构件之间主要采用螺栓连接或焊接。由于悬索桥是柔性结构,且加劲梁为自重和梁高都较小的型钢,结构重力刚度有限[18-19],受荷变形较大。因此,行人过桥更容易引起桥梁振动,逐渐导致局部连接螺栓松动。此外,钢桥面板板块间局部焊接不充分或缺焊,板间局部间隙较大,钢板局部有弯曲变形,不利于行人通行。

3)钢横梁扭转变形。个别节段钢横梁有扭转变形,相应横向联系角钢局部有弯曲变形,加剧了局部桥面和主缆下挠。经查阅管养维修资料,该桥曾遭受洪灾,个别钢横梁受洪水作用发生扭转变形,但在随后的桥梁维修中并未对这类变形横梁进行处理。

从维持桥梁使用安全与钢结构耐久性的角度对该悬索桥提出后期养护建议:加强桥梁定期养护,提高防锈等级和措施,对明显锈蚀部位除锈后重新进行防锈处理;修复松动的螺栓,加固或更换局部有明显变形的钢横梁及横向联系,重新评价桥梁结构的实际承载能力;加铺桥面防水层并作铺装层厚度设计,避免雨水直接接触桥面钢板并进一步下渗污染板下钢主梁。

5 结论

1)对钢结构人行悬索桥进行病害检测与运营现状一般评定,综合评定等级为3类,主梁与索夹为4类部件,主要病害为钢构件多处明显锈蚀,局部连接螺栓松动,个别横梁扭转变形。这主要是钢构件防锈处理不够与以往维修管养不足所致。

2)钢结构人行悬索桥的构件与连接件较多,其病害对桥梁结构的运营安全有重要影响。应加强桥梁维修管养,并采取有效的检查方法,尽量接近检查所有钢构件锈蚀、连接失效等表观缺陷和构件开裂等隐蔽缺陷。

3)我国尚无针对钢结构人行悬索桥运营状况评价与养护的规程。本文借鉴公路悬索桥现状评价的构件病害分类与标度,结合人行钢悬索桥构造特点调整部件权重与构件划分标准,采用分层综合法对钢结构人行悬索桥进行了一般评定。该方法可供类似桥梁评定与管养决策参考。

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彭伟
《湖北理工学院学报》2018年第02期文献

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