广东省佛山市G325九江大桥斜拉桥换索、调索设计

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2024年4月1日发(作者：)

第３７卷，第３期　

公　路　工　程　

Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．３　

２　０　１　２年６月　

Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｊｕｎ．，２　０　１　２　

广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥斜拉桥换索、调索设计　

王为，王勇飞　

（湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙４１０００８）　

［摘要】结合广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥加固工程实例，介绍了斜拉桥换索、调索设计基本思路、施工顺序　

及监控情况，提出了增量法换索、调索的设计理念与验证办法，并阐明了尽可能用最小的索力调整值和最少的调索　

数达到目标线形并有效降低调索风险的调索基本原则。　

［关键词］斜拉桥；换索；调索　

［中图分类号］Ｕ　４４８．２７　【文献标识码］Ａ　［文章编号】１６７４－０６１０（２０１２）０３－０１５４－０４　

Ｃａｂｌｅ　Ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　Ｃａｂｌｅ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｎ　

Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｏａｄ　３２５　ｉｎ　Ｆｏｓｈａｎ　Ｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　

ＷＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇｆｅｉ　

（Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４　１０００８，　

Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｎ　Ｎａ・　

ｔｉｏｎａｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ　３２５　ｉｎ　Ｆｏｓｈａｎ　Ｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｒｓｔｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎ—　

ｃｅｐｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆｒ　ｃａｂｌｅ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｃａｂｌｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｉｔ　

ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ．　

Ｌａｓｔ，ｉｔ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｃａｂｌｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　

ｔｈｅ　ｌｅａｓｔ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｃａｂｌｅｓ　ｔｏ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　

ｒｉｓｋ　ａｓ　ｆａｒ　ａｓ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ．　

［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｃａｂｌｅ　ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；Ｃａｂｌｅ　ｃｈａｎｇｅ；Ｃａｂｌｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　

１　概述　

主梁为预应力混凝土箱梁，预制悬拼施工，采用　

单箱四室截面。箱梁中心线处梁高２５０　ｃｍ，顶宽　

广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥主跨为２×１６０独　

１　８９０　ｃｍ，顶、底板及腹板厚度１６　ｃｍ（见图２）。　

塔双索面斜拉桥，塔梁墩固结体系，塔高从桥面起　

８１　ｍ，共有１４４根斜拉索（见图１）。　

图２斜拉桥标准横断面（单位：ｃｍ）　

Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｂｌｅ　Ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　

（ｕｎｉｔ：ｃａ）　

九江大桥位于Ｇ３２５国道主干线上，１９８８年６　

月竣工通车，设计荷载为汽车一２０，挂车一１００，人群　

３５０　ｋｇ／ｍ　。桥梁养护管理部ｆ－Ｉ　２００４年检测发现前　

期尚未更换的４６根斜拉索ＰＥ护层破坏，钢丝锈蚀　

图１桥型总体布置（单位：ｃｍ）　

严重，直接影响大桥结构安全，决定对其先换索，再　

Ｆｉｇｕｒｅ　ｌ　Ｏｖｅｒａｌｌ　Ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｔｙｐｅ（ｕｎｉｔ：ｃｍ）　

调索。本文简要介绍斜拉桥换索及调索设计情况。　

［收稿日期１　２０１２—０３一ｌ０　

［作者简介］王为　（１９７３一），男，湖南省安乡人，工程师，主要从事桥梁设计和桥梁加固改造工程设计。　

第３期　王　为，等：广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥斜拉桥换索、调索设计　１５５　

２斜拉桥换索设计　

斜拉桥为双索面竖琴形索，共１８对，主梁上索　

距８　ｍ，桥塔上索距４　ｍ，斜度１：２，横桥向每对索　

共８根，塔单侧共排列４根，分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四种索　

号。根据拉索索力计算结果，除本次须更换的４６根　

索外仍有１４根拉索索力低于２．５的安全系数，应一　

并考虑增大拉索截面积，更换为稍大一级截面的拉　

索，因此合计换索６０根。本次换索后拉索采用　７　

低松弛预应力热镀锌钢丝，抗拉标准强度　

１　６００　ＭＰａ，索体直接热挤高密度ＰＥ护套，ＰＥ护套　

外为３　ｍｍ厚的彩色护层。　

本桥为独塔双索面斜拉桥，箱梁为单箱四室断　

面，抗扭惯矩较大，为此，综合考虑索力优化、线形改　

善及施工便利等各方面因素，确定施工顺序为先进　

行全桥换索施工，换索后恢复原索力，再实施全桥统　

筹调索。由于计算模型偏差、线性分析的误差、环境　

影响及施工误差的影响，从确保施工安全，有效降低　

风险角度出发，换索综合考虑以下原则：①考虑到　

施工过程中的索力和主梁内力的变化，应使换索的　

增量效应尽量小。②以主梁目标线形进行适当调索　

时，应考虑对关键目标挠度值影响小的索先换。③　

应考虑原斜拉索索力安全系数值偏小的索先换。④　

应考虑原ＰＥ套损坏且锈蚀较为严重、有断丝现象　

的索先换。　

九江大桥营运２　ａ后由于跨中下挠，于１９９０年　

５月进行了调索，但原施工资料以及１９９０年调索资　

料缺失，为准确把握桥梁内力、应力状况，２００７年６　

月采用钢筋应力释放法对结构主要截面纵向主筋应　

力进行测试，结果显示箱梁截面均处于受压状态，最　

大平均压应力出现在跨中截面上缘，为１６．９１　ＭＰａ，　

且主塔两侧箱梁实测混凝土应力不对称，说明顺桥　

向主塔两侧为对称结构但其索力十分不均匀。　

根据斜拉桥现状测试结果，采用Ｍｉｄａｓ　ｃｉｖｉｌ２００６　

桥梁专用程序建模进行反复第进运算形成模拟初　

态。在该假定初态情况下，主梁上、下缘均为压应　

力，压应力最大值为１６．３８　ＭＰａ，最小值为２．１１　

ＭＰａ，这与钢筋应力释放法所测的主梁全为压应力　

吻合，主梁轴力、弯矩、剪力对称于桥塔，这与假设索　

力对称有关，实际情况下两岸索力不均匀，但两岸索　

力总和相差不大。　

在假定初态情况下进行斜拉桥换索工况分析，　

结果如下：　

①桥塔塔顶最大变形２．９４　ｅｍ，发生在拆背索　

工况。同时塔顶位移增量从拆短索到拆背索增量逐　

渐增大。桥塔塔底最大弯矩增量１０　４１９　ｋＮ・Ｉｎ，发　

生在拆背索工况。　

②在拆拉索过程时，最大主梁变形不在中跨跨　

中，而在所拆斜拉索附近。拆索最大位移１．６９　ｅｍ，　

发生在拆３７　拉索（即第１０对索中的一根）。在拆　

背索附近的几根拉索过程中，没有拆拉索侧主梁出　

现了向上变形工况。最大主梁向上变形达到１．４２　

ｅｍ０　

③拆索上下缘正应力变化趋势：在拆索附近主　

梁应力变化较大，在拆索另一侧（桥塔另一侧）对应　

主梁应力变化幅度较小，但对于背索附近几个索，桥　

塔两侧对应应力均变化较大。拆索上缘正应力：最　

大正应力增量（增大）０．７　ＭＰａ，在１　、５　、９　和１３　

拉索断面（对应于第１～第４对拉索索面位置）；最　

大正应力增量（减小）１．２１　ＭＰａ，在４５　拉索断面（对　

应于第１２对拉索索面位置）。拆索下缘正应力：最　

大正应力增量（增大）１．７　ＭＰａ，在３７　和４５　拉索断　

面（对应于第１０对和１２对拉索索面位置）；最大正　

应力增量（减小）０．８７　ＭＰａ，在５　拉索断面（对应于　

第２对拉索索面位置）。　

④拆索时，其邻近横向索增量最大，其次为纵　

向邻近的斜拉索。斜拉索最大索力增量发生在拆背　

索时，增量值为９７　ｋＮ。　

在上述换索原则及换索工况计算结果基础上拟　

定换索顺序，施工单位于２００８年ｌ０月顺利完成换　

索施工。　

将斜拉桥箱梁拆换索过程中实测最大应力增量　

与主塔两侧箱梁采用钢筋应力释放法实测混凝土应　

力相迭加，可以得到斜拉桥箱梁上下缘实际应力状　

况。将汽车活载应力与主塔两侧箱梁采用钢筋应力　

释放法实测混凝土应力（相当于恒载应力）相迭加，　

可以得到斜拉桥箱梁运营状态下上下缘实时应力状　

况。由迭加结果可知，斜拉桥箱梁拆换索过程中上　

缘最大压应力为ｌ８．３７　ＭＰａ，最小压应力为　

７．１７　ＭＰａ，无拉应力出现；运营阶段（恒载＋活载）　

上缘最大压应力为２０．９１　ＭＰａ，最小压应力为　

３．７８　ＭＰａ，无拉应力出现。　

上述应力组合中压应力超标，由于均为最大值　

相迭加，实际最大值出现在同一截面位置的概率很　

小，因此实际压应力应该在规范允许值范围内。　

上述应力组合显示斜拉桥箱梁在拆换索过程中　

及运营阶段（恒载＋活载）时均无拉应力出现，箱梁　

应力水平在规范允许的比较理想的范围内。　

１５６　公路工程　３７卷　

３斜拉桥调索设计　

换索施工完成后，在实测拉索索力、箱梁线形基　

１　

础上进行全桥调索方案设计。本次调索方案采用　

２００８年７月换索前在桥面不通车的状态下采用千　

苫　

、　

斤顶测量法测得的索力值输入计算模型，得到的主　

梁应力结果很不理想，说明理论计算模拟的施工过　

程与实际的施工过程存在很大差别，按照现在实测　

索力值在理论计算时无法确切得到真实的现实存在　

的主梁应力状态，只能通过假设初态按照增量法进　

Ｏ・ｌ５　

Ｏ＿３５　

主粱单元编号　

（ａ）相对初态上缘应力增量　

行调索。　

本次调索方案采用２０００年８月标高值作为目　

标线形基准值。２００８年１０月换索后上下游桥面标　

０・０５　

芝　

、

－

・５　萌一７３　８２　９ｌ　０９　

主梁单元编号　

Ｒ　Ｏ・２５　

０．４５　

高平均值与２０００年８月标高值的差值作为调索位　

移增量的参照值。调索所采用的索力增量控制在最　

０．６５　

大活载索力范围内，而采用部分调索方案得到的优　

ｍ　ｍ　ｍ　０　ｃ；０　ｏ　

６　５　４　３　２　ｌ　２　３　

Ｏ．８５　

（ｂ）相对初态下缘应力增量　

化后的一组索力增量对应的主梁应力增量控制在　

图３调索后箱梁上缘正应力增量效应　

Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｎｏｒｍａｌ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｔｏｐ　Ａｒｅａ　ｏｆ　Ｂｏｘ　Ｇｉｒｄｅｒ　

１　ＭＰａ以内，调索尽可能用最小的索力调整值和最　

少的调索数达到目标线形。按照上述原则可以有效　

降低调索风险，但其所能达到的目标线形具有局限　

性。　

ａｆｔｅｒ　Ｃａｂｌｅ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　

０．６　

０．４　

部分调索法优先调整主梁应力及变形敏感区的　

Ｏ．２　

日

７　～ｌ６　共１０组斜拉索，每组需要８个千斤顶同时　

分级张拉单塔两侧共８根同一索号的斜拉索达到设　

计吨位，与此同时，附近斜拉索将产生卸载作用。单　

根斜拉索索力增量为其计算确定的张拉吨位与９次　

卸载吨位的代数和。　

通过程序试算并不断优化，可得到７　～ｌ６　斜　

０　

一

山　

０．２　

一

０．４　

Ｏ．６　

０．８　

一

一

—

ｌ　

—

１．２　

（ａ）相对初态下缘应力增量　

０．３５　

拉索一组张拉吨位值，７　一ｌ６　斜拉索的具体调索张　

拉顺序按照其张拉吨位值从小到大排列，这样可以　

避免先张拉较大吨位斜拉索造成斜拉桥效应增量偏　

大的现象，使每次张拉后效应增量最小，最终累积的　

效应增量（如主梁应力增量）可以控制在规定范围　

一

０・ｌ５　

目一

０．０５　

皇　

、

－

３７　４６　５５　６４＂７３　８２皱１　

０．２５　

主粱单元编号　

０．４５　

（１　ＭＰａ以内）。　

—

经过反复试算，确定调索按照１６一ｌ５—１４—１３　

—

０．６５　

７—１２—１１—８—９—１０号索的顺序依次进行，每　

—

０．８５　

（ｂ）相对初态Ｆ缘应力增量　

次需要８个千斤顶同时张拉单塔两侧共８根同一索　

号的斜拉索（单塔对称４根），单根斜拉索分级张拉　

最大索力增量为２６４　ｋＮ（１０　索４根斜拉索总索力　

增量），调索完成后箱梁上下缘应力增量、箱梁位移　

增量图示，见图３一图５。　

图４调索后箱梁下缘正应力增量效应　

Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｎｏｒｍａｌ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｌｏｗｅｒ　Ａｒｅａ　ｏｆ　Ｂｏｘ　Ｇｉｒｄ—　

ｅｒ　ａｆｔｅｒ　Ｃａｂｌｅ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　

ＭＰａ，出现位置于１３　索附近。最大应力减小０．５　

ＭＰａ，位置出现于２　～６　索对应箱梁位置。箱梁下　

缘最大应力增大０．５３　ＭＰａ，位置出现于５　索附近。　

最大应力减小１　ＭＰａ，位置出现于１１　～１３　索对应　

箱梁位置。与换索过程斜拉桥效应增量相比，调索　

由调索计算结果可知：调索完成后，相对于调　

索前初始状态，箱梁向上最大位移２．１７　ｃｍ，位置出　

现在１２　索附近。箱梁上缘最大应力增大０．６６　

第３期　王为，等：广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥斜拉桥换索、调索设计　１５７　

２　ｌ　Ｏ　０　

５　２　５　ｌ　５　Ｏ　５　

图５箱梁调索后位移增量（ｃａ）　

Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｏｘ　Ｇｉｒｄｅｒ　ａｆｔｅｒ　Ｃａｂｌｅ　

Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ（ｃｍ）　

后斜拉桥效应增量均较小，通过调索，斜拉桥的线形　

得到了改善。　

４换索、调索施工监控　

４．１换索施工监控　

２００８年１０月，广东省佛山市Ｇ３２５九江大桥斜　

拉桥更换６０根斜拉索施工完工。换索完工后施工　

单位及监控单位提供了实测索力与桥面标高资料，　

分析比较上述资料可得到如下结论：　

①由Ｇ３２５九江大桥桥面标高比较表可知，　

２００８年１０月换索后上下游桥面标高平均值比２００８　

年７月换索前有所提高，斜拉桥全桥平均提高　

１．４　Ｃｒｌｌ。２００８年１０月换索后桥面标高比２０００年８　

月桥面标高普遍偏小，其中斜拉桥Ｊ１５处下挠最大，　

其值为３．３　ｃｍ。２００５年１月相对标高推算值比　

２０００年８月标高要低，显示桥面有所下挠，下挠最　

大值为Ｊ１５及Ｊ１６处的１．９　ｃｍ。因此，２００８年ｌ０月　

换索后上下游桥面标高平均值相比２００５年１月标　

高值又下挠了１．４　ｃｎｌ，显示出Ｇ３２５九江大桥箱梁　

下挠至今仍然没有停止。　

②主梁各测试断面应力变化最大值为一０．２３　

ＭＰａ，最小值为０．Ｏ１　ＭＰａ；主塔各测试断面变化最　

大值为一０．１４　ＭＰａ，最小值为一０．０５　ＭＰａ，如果考　

虑温度的影响，可以认为换索完成后梁体内力恢复　

换索前状态。　

③换索完成后，九江侧上游换索前后总索力误　

差为１．１％，湛江侧上游换索前后总索力误差为　

３．７％，九江侧下游换索前后总索力误差为３．３％，　

湛江侧下游换索前后总索力误差为１．４％。换索后　

两侧上下游的总索力略大于换索前总索力，误差为　

２．４％。从短索到长索，换索前后的索力变化均匀，　

规律一致。　

④换索完成后，换索前后标高差值九江岸上游　

最大值为２．６　ｃｍ，九江岸下游最大值为２．３　ｃｍ，湛　

江岸上游最大值为０．８　ｃｎｌ，湛江岸下游最大值为一　

１．６　ｃｍ，标高变化不大。　

综上所述，换索完成后九江大桥索力、应力、标　

高基本恢复到换索前状态。　

４．２调索施工监控　

由于经过换索、装压力传感器两个过程，调索过　

程监测结果与与调索方案的计算结果有一定差异，　

但一对索（横向４根）的索力增量基本控制在１０％　

之内，主梁和桥塔断面在换索过程由于索力和温度　

变化的影响产生的应力增量与测试结果基本一致，　

全桥各断面的应力增量值基本在±１　ＭＰａ之内，调　

索完成后，主梁线形得到提高，与目标线形（２０００年　

８月）符合得较好，达到了“着重调整主梁标高，保证　

主梁线形，使之接近或达到设计合理线形。同时保　

证成桥索力在安全范围之内，塔、梁内力满足设计要　

求”的预订目标。　

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本文标签： 应力斜拉桥调索增量箱梁