4-王蔚-不中断交通条件下斜拉索更换成

不中断交通条件下斜拉索更换成套技术研究王蔚2015年11月重庆武汉二航路桥特种工程有限责任公司二一三四五武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉桥特点斜拉桥是国内主要的大跨径桥型，国内外主跨超过400m的有112座，其中中国就有60座。苏通大桥鄂东长江大桥武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉桥特点斜拉桥特点跨越能力大主梁以弯为主的压弯构件建造技术成熟具有较强的抗拉性能具有较好的柔韧性具有较好的疲劳性能具有可更换性斜拉索特点武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉桥发展历史斜拉桥发展史发展雏形阶段早期尝试阶段现代斜拉桥印尼爪哇的竹斜拉桥马拉开波桥(委内瑞拉），1962年其承重索是用藤罗或竹材编制而成其承重索是用铁链或钢拉杆等刚性材料做成的疏索体系武汉二航路桥特种工程有限责任公司现代斜拉桥发展趋势斜拉索体系疏索体系密索体系主梁/塔材料钢斜拉桥混凝土/预应力混凝土斜拉桥跨度小跨度大跨度索塔单/双塔多塔斜拉索材料钢筋拉索平行钢丝/钢绞线拉索斜拉索制作现场制作工厂标准化制作斜拉索防护灌注砂浆防护双层PE渡锌铝合金防护武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉索主要材料索体钢丝40Cr钢（锚具主材）高密度聚乙烯（HDPE主材，主要分为黑色和彩色两种）平行钢丝：常用钢丝为直径5和7mm，强度为1770MPa、1860MPa或1960MPa的镀锌高强钢丝；钢绞线：直径为15.24mm，强度为1770MPa和1860MPa或1960MPa的镀锌钢绞线或光面钢绞线武汉二航路桥特种工程有限责任公司第一代斜拉索空心管+水泥浆+黑钢丝第二代斜拉索黑钢丝+PE现场制索第三代斜拉索镀锌钢丝+PE+工厂制作第四代斜拉索镀锌铝合金+油脂+PE+工厂制索平行钢丝斜拉索结构发展历史此类斜拉索为现场制索，为斜拉桥发展初期以及斜拉桥刚引进中国的70~80年代采用的斜拉索结构形式，其代表斜拉桥有上海新五桥、美国达姆斯娜桥、上海恒丰桥、广州海印桥。第二代斜拉索是对第一代斜拉索改进的产物，采用黑钢丝外缠PE现场制索。其制作流程：（1）将Ф5光面预应力黑钢丝定长切断、整直、除锈；（2）应力状态精下料后，在工地的室外工作台上聚合成束幵缠绕钢丝绳；（3）穿入PE护套；（4）钢丝墩头和冷铸锚具锚固；（5）成品索应力张拉检验。代表斜拉桥有重庆石门桥、郧县汉江桥、广东南海九江大桥等。第三代斜拉索为镀锌钢丝外挤压PE防护套工厂标准化制作，为现代普遍采用的斜拉索形式，其代表斜拉桥有苏通大桥、鄂东长江大桥、嘉邵大桥等。第四代斜拉索为镀锌铝合金钢丝外挤压PE防护套工厂标准化制作，为未来斜拉索采用的新型结构形式。目前，锌－铝合金镀层钢丝缆索在国外已经得到推广应用，主要包括绥芬河大桥、韩国北港大桥和港珠澳大桥。武汉二航路桥特种工程有限责任公司科尔布兰特桥（德国），锚固端锈蚀，88根索全换，花费600万美元（4年换索）马拉开波桥(委内瑞拉），锚固端锈蚀，384根索全换，花费5000万美元（20年）南昌八一大桥，PE开裂，钢丝锈蚀，97年建成，09年全桥换索（12年）银盆岭大桥，斜拉索锈蚀，PE保护层损伤，90年建成，12年全换索（22年）斜拉索使用和更换现状武汉二航路桥特种工程有限责任公司拉索服役寿命统计斜拉索最短更换时间为4年，最长更换时间为26年，平均寿命15年我国斜拉桥进入斜拉索更换高峰时期斜拉索使用和更换现状-通用格式-通用格式-通用格式-通用格式-通用格式-通用格式-通用格式-通用格式[0,4][5,9][10,15][16,20][21,25][25,30]换索桥梁数据/座拉索服役寿命/年13.13%39.38%1134.38%1340.63%39.38%13.13%武汉二航路桥特种工程有限责任公司19751980198519901995200020052010201502004006008001000主跨/m建成时间主跨423m南浦大桥主跨1088m苏通大桥国内斜拉桥建设情况统计斜拉索使用和更换现状武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉索更换必要性公路工程技术标准(JTGB01-2014)6.0.11条规定斜拉索设计使用年限为20年，而根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）1.0.6条公路桥涵结构的设计基准期为100年。武汉二航路桥特种工程有限责任公司•中断交通模式•静态监测监控技术中断交通下换索斜拉索更换目前技术现状及未来要求需求•不中断交通模式•动态监测监控技术武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉索更换前后状态基本一致（索力、线性、结构应力状态基本一致）斜拉索更换的原则不中断交通斜拉索更换所面临的问题施工方面结构安全交通组织施工工艺施工监控动态数据采集动态数据分析武汉二航路桥特种工程有限责任公司二一三四五武汉二航路桥特种工程有限责任公司不中断交通条件下斜拉索更换施工成套技术研究不中断交通条件下斜拉索更换监控成套技术研究斜拉索检测仪器设备研发斜拉桥运营期拉索病害检测及评定方法研究不中断交通条件下斜拉索更换桥梁结构安全性研究；不中断交通条件下斜拉索更换施工关键技术研究；不中断交通条件下斜拉索的更换关键装置研究。不中断交通条件下斜拉索更换施工控制体系；不中断交通条件下斜拉索更换施工控制流程。拉索检测设备研发；梁端锚头检测平台研发。斜拉索钢丝锈蚀检测及评定方法研究；斜拉索PE保护层损伤等级评定方法研究；斜拉索锚固系统锈蚀等级评定方法研究；斜拉索减振系统损伤评定方法研究；斜拉桥运营期斜拉索检测及评价方法研究。武汉二航路桥特种工程有限责任公司课题于2011年在中国交建立项，2015年1月通过中国交建验收。参与单位武汉二航路桥特种工程有限责任公司中交第二航务工程局有限公司技术中心交通部公路科学研究院长沙理工大学东南大学上海浦江缆索股份有限公司武汉二航路桥特种工程有限责任公司二一三四五武汉二航路桥特种工程有限责任公司1、不中断交通条件下斜拉索更换施工成套技术武汉二航路桥特种工程有限责任公司面临问题与主要研究内容桥面施工交通组织不中断交通换索工艺流程关键施工设备研发结构安全性分析武汉二航路桥特种工程有限责任公司技术体系及流程结构安全性分析车道限制撑脚索夹塔顶吊桥面压锚施工准备旧索拆除新索安装收尾工作交通组织安全性分析施工设备选择施工方案组织武汉二航路桥特种工程有限责任公司结构安全性分析桥型桥名计算工况单索面双塔塔梁固结斜拉桥株洲建宁大桥设计荷载减两侧两车道减单侧两车道车辆行驶速度影响单索面独塔塔梁固结斜拉桥长沙湘江银盆岭大桥设计荷载减两侧两车道减单侧两车道车辆行驶速度影响双索面双塔漂浮体系斜拉桥玉兰大桥（王楼至兰考高速）设计荷载————减单侧两车道车辆行驶速度影响双索面双塔塔梁固结斜拉桥姚东大桥（杭甬高速）设计荷载减两侧两车道减单侧两车道车辆行驶速度影响双索面独塔塔梁固结斜拉桥海口世纪大桥设计荷载减两侧两车道减单侧两车道车辆行驶速度影响结论桥梁结构不安全桥梁结构安全桥梁结构安全斜拉索对车速的大小较敏感，车速越高对该桥拉索的影响越明显。武汉二航路桥特种工程有限责任公司单索面车道交通组织•施工占道选取靠近锚固区；•车辆通行区采取防护措施；•施工占道对称布置。武汉二航路桥特种工程有限责任公司平行索面车道交通组织武汉二航路桥特种工程有限责任公司空间索面车道交通组织武汉二航路桥特种工程有限责任公司桥面安全通道设计车道交通组织武汉二航路桥特种工程有限责任公司1）搭设安全通道2）搭设塔外支架3）塔端安装张拉设备4）牵引放松塔端拉索5）梁端退锚6）塔端退锚基本工艺流程武汉二航路桥特种工程有限责任公司7）拆除与处理旧索8）新索展索9）牵引新索10）塔端牵引入锚11）梁端压锚12）新索安装张拉基本工艺流程武汉二航路桥特种工程有限责任公司关键施工设备研发装配式650t张拉撑脚上盖板下盖板螺栓孔竖向环撑加强件竖向环撑螺栓连接操作空间狭小大体积撑脚装配式650t张拉撑脚武汉二航路桥特种工程有限责任公司拼装式塔顶吊拼装式塔顶吊钢丝绳预紧系统关键施工设备研发武汉二航路桥特种工程有限责任公司桥面卷扬机车载卷扬机反力轮待压斜拉索提升轮反力杆桥面压锚轮式装置关键施工设备研发传统桥面压锚方式桥面压锚轮式装置武汉二航路桥特种工程有限责任公司2、不中断交通条件下斜拉索更换监控成套技术研究武汉二航路桥特种工程有限责任公司概述由于动态车辆对斜拉桥的结构状态影响显著，施工控制所面临的两个难题：•难以确定动态车辆荷载下的目标桥梁状态•难以精确控制斜拉索索力核心问题：车辆荷载作用下斜拉桥结构状态识别武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制基本思路将车辆荷载对桥梁结构的影响纳入到施工控制因素范畴。通过交通控制识别系统将桥梁通行车辆轴重、轴距、位置和车速识别出来；在仿真分析系统中将温度、风荷载及车辆荷载过滤后模拟静力状态。根据张拉过程主梁线形与锚头拔出量的情况，通过桥梁状态识别，确定最终拔出量的精确调整量来满足控制精度。武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系传统斜拉索更换施工控制仿真分析系统桥梁结构基准状态确定换索顺序优化施工期结构安全性评估斜拉索张拉力几何&物理检测系统主梁线形监测索塔偏位监测索力检测结构温度场监测风速风向监测临时荷载监测状态识别及决策系统施工期斜拉桥状态识别误差评估斜拉索精确调整指令不中断交通条件下斜拉索更换施工控制交通统计识别系统车辆荷载信息交通流量规律车辆荷载监测仿真分析系统桥梁结构基准状态确定换索顺序优化车辆动力时程分析施工期结构安全性评估车辆及其他环境因素影响分析斜拉索张拉力几何&物理检测系统主梁线形监测索塔偏位监测索力检测结构温度场监测风速风向监测临时荷载监测状态识别及决策系统施工期斜拉桥状态识别误差评估斜拉索精确调整指令武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系交通统计识别系统主要确定车辆荷载模型，涉及车流量、行走速度、车辆荷载轴重和车辆间距分布情况。车轴车速仪可视化的视频监测系统组网配置武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系交通统计识别系统车辆荷载模型车辆类型分类常见类型车辆车辆荷载调研和现场监测车辆总长和轴距车辆轴重分布概率统计概率统计车辆主要参数①建议参考《收费公路车辆通行费车型分类》的相关规定进行车辆类型分类②对现场车辆进行概率统计，确定常见类型车辆；③调研车辆主要参数，即车辆的总长、轴距和轴重分配关系；④根据常见类型车辆数据进行概率，确定车辆荷载模型。武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系数值仿真系统采用的是以最小余能原理为理论基础，借助于惩罚函数的方法确定桥梁结构换索前及过程的基准状态。静力仿真分析和移动车辆荷载的动力分析。桥梁结构基准状态确定的计算流程移动车辆荷载的动力分析武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系几何及环境监测系统车辆称重系统动态视频监视系统动态视频监视系统风速风向仪GPS倾角传感器应变传感器GPS温度传感器应变传感器应变传感器应变传感器温度传感器应变传感器温度传感器红外线温度计红外线温度计红外线温度计换索阶段可视化的监测系统布置武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系状态识别及决策系统动态车载作用下斜拉桥状态识别的总体思路包括：①对斜拉桥结构的基准恒载状态进行结构的内力状态识别；②在内力状态识别过程中假定结构刚度不变；③对车辆荷载及其它高频可变荷载响应的低通滤波进行处理；④从滤波后的监测数据中，获得桥梁结构的实时恒载内力状态；⑤对桥梁实时恒载内力状态识别，并建立基准结构状态的对比机制。武汉二航路桥特种工程有限责任公司施工控制体系状态识别及决策系统结构响应主要目标选定：1.测试精度要求斜拉索索力易受环境因素影响，测试时间长，短索测试效果有待提高；主梁几何线性仪器测试精度高。2.稳定性要求斜拉索无应力状态量（拔出量）是个相对稳定物理量，测量精度可以得到保证。结构响应的主要目标确定为主梁几何线形和斜拉索锚头拔出量。动挠度检测仪武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉索更换施工控制的基本流程准备阶段武汉二航路桥特种工程有限责任公司斜拉索更换