转自公众号：交通智维
悬索桥是由主缆、加劲梁、吊索、主塔、基础、锚碇组成的桥梁结构，高强度受拉钢丝作为主要承载结构，使得悬索桥的跨越能力远超其他桥型，是大跨度桥梁设计中首选的桥型之一，目前已有多座悬索桥跨径超越2000m。
进入21世纪后，我国修建了多座跨径超千米的跨江悬索桥，为经济发展作出了重要贡献。早期修建的部分悬索桥，吊索服役年限已在20年以上，为了保障大桥正常安全通行，吊索更换的需求日趋增多。本文首先对目前较为常见的悬索桥吊索更换方案进行了简要总结，在此基础上对近塔边吊索的更换方案进行了探索。
悬索桥吊索更换常见方法概述
悬索桥吊索更换目前采用比较常见的是单吊点及多吊点更换吊索，利用临时吊索将旧索索力卸载至无应力状态后拆卸旧索并安装新索。更换吊索根据吊点张拉的数量，对应的有单吊点、三吊点和五吊点更换三种方案。
单吊点更换吊索主要是利用旧索所在吊点的备用换索孔，通过安装并张拉临时吊索来完成旧索的拆除和新索的安装。由于该方法采用单个吊点临时索张拉卸载旧索索力，其临时吊索的张拉值相对较大。因此该法适用于缆、梁竖向刚度较小的跨中区域短吊索的更换，换索传力效率高（相关计算表明对旧索索力的卸载效率可达90%以上），可以适应单吊点更换吊索时对原结构的扰动。
图 1 单吊点换索流程示意
单吊点更换吊索方案的特点：1）施工简便；2）对原结构的扰动范围相对较小；3）仅适用于短吊索，且对原结构的单点扰动较大。
图 2 单吊点更换方案临时吊索张拉示意
相较单吊点更换方式，由于三吊点利用了更换吊索临近两个吊点的临时吊索，因此旧索索力完全卸载时单根临时吊索的张拉荷载值相对较小，可以有效控制换索过程对原结构的扰动。该方法适用于缆、梁竖向刚度较大，索力卸载效率较低的长吊索的更换。
图 3 三吊点更换方案临时吊索张拉示意图
由于采用五个吊点张拉，单个吊点的临时吊索索力相较前两种方法（单吊点、三吊点）更小，该法适用于临近主塔区域的长吊索更换。该区域揽、梁竖向刚度相对大，且靠近主塔范围，对结构的扰动要求也更高。通过五吊点张拉可以有效减小单个吊点临时吊索的张拉荷载，避免对原结构单点扰动过大。
图4 五吊点更换方案临时吊索张拉示意图
多吊点更换吊索方案的特点：1）对原结构的单点扰动较小；2）换索扰动范围较大；3）施工工序复杂，换索实施的协同性要求较高。
近塔边吊索更换方案的探索与思考
由于近塔边吊索临近梁端，边吊索的更换不仅仅要像普通吊索（非边吊索）一样考虑换索过程对缆、梁的影响，还需要考虑换索对梁端边界（支座、伸缩缝等）的影响。临时吊索索力张拉过大会引起支座和伸缩缝的损伤或破坏，造成行车安全风险。从边吊索的受力特点和更换需求，主要存在以下几方面的难点：
1. 梁端边界构造对临时吊索张拉索力存在制约；
2. 无法采用常见的多吊点换索方案；
3.近塔范围 缆、梁竖向刚度较大，通过临时吊索卸载旧索索力效率低、临时吊索张拉值多大；
4.新吊索的无应力长度控制 困难；
5.车流量大，换索期间难以封闭交通，要求换索过程对原结构的扰动小。
图5 近塔边吊索及边界构造示意图
从近塔边吊索实际受力形式及大跨径缆索桥梁难以封闭交通的特点 ，边吊索更换主要遵循 如下 原则：
1.更换期间不中断大桥交通；
2.整个更换过程始终保持主梁处于微小的位移状态下进行；
3.换索过程不能引起受力构件或者附属设施的损坏；
4.吊索更换前后桥面标高和线形维持一致。
结合国内多座大跨径悬索桥换索工程案例经验，在上述单吊点和多吊点换索思路的基础上，为提高旧索索力卸载效率，将待更换吊索索力通过索体自身内力转移来实现拆除的目的。两套换索工装分别位于吊索下锚头和索体上，其中一套换索工装安装于吊索下锚头位置，主要用于临时吊索的张拉和新索的张拉。另一套换索工装利用夹绳器将索体夹紧，通过张拉、释放临时拉杆来实现旧索索力的转移，待索体卸载至无应力状态后，采用专用设备切割索体，通过逐步放松临时拉杆将旧索索力全部卸载，最后可以同步拆除旧索上、下端锚头。
图6 双吊耳备用孔构造示意图
整个换索过程主要涉及临时吊索张拉、临时拉杆张拉和释放、新索安装及张拉几个典型过程，由于临时拉杆直接安装在索体上，理论上临时拉杆的张拉力会同等卸载旧索中部索体的索力，可以极大的减小临时吊索的张拉值，降低整个换索过程对大缆和加劲梁的扰动。
图7 双临时吊索张拉无应力切割换索工装示意图（临时吊索安装完成状态）
以国内某大跨径悬索桥为例， 通过理论分析，采用双临时吊索无应力切割索体更换近塔边吊索，整个换索过程可以根据实际需求将临时吊索张拉值控制在 5 0t以内，缆、梁竖向相对位移 较小 ，对梁端伸缩缝和支座几乎没有影响。有限元计算结果表明，采用上述两套工装更换边吊索，换索过程中待更换吊索的索力转移匀顺，与理论计算结果吻合较好 。
国内早期修建的部分悬索桥在吊点位置仅设计了一个临时吊索更换的备用耳孔，借助上述换索思路。在单根旧索索体上安装临时拉杆工装，先通过单根临时吊索张拉实现待更换吊索索力部分转移，然后通过张拉旧索索体上的临时拉杆卸载中部索体全部索力，切割中部索体后逐步卸载上部、及下部索体索力，旧索的拆除整体思路与上述方案一相同。
图8 单备用孔构造示意图
由于单个备用换索吊耳孔无法解决新索安装时的索力张拉难题，本方案采用可调节套筒新型吊索来实现新索的安装。从专业缆索制造厂商目前的试验结果来看，现阶段已经生产出具备±7 5mm行程调节量 的新型吊索，且调节量可以在厂内提前设定并制作，从对本方案的计算结果来看，该行程能够实现新索的安装。
图 9 单临时吊索张拉无应力切割换索工装示意图
仍以方案一中某大跨悬索桥为例，通过计算，本方案一次 仅更换一根旧索，临时吊索索力张拉值可以根据需求控制在 3 0t以内， 由于本方案一次更换一根吊索， 整个换索过程缆、梁相对竖向位移 较方案一有一定程度的减小 ，对梁端支座及伸缩缝的影响较小。
上述针对吊点备用换索孔数量的不同分别简要讨论了两种不同的换索方案，双临时吊索方案可以一次性同步更换一个吊点的两根吊索（单吊点双吊索构造形式时），换索效率相对较高。方案二为一次更换一根旧索，换索过程对结构的扰动更小，且可以应对运营期吊索车撞、火烧、疲劳损伤等应急突发情况的单根吊索更换场景，但需要采用新型锚头构造的吊索，美观上较方案一略差。
从上述两种边吊索更换方案的受力和换索工艺要求来看，并不仅仅适用于近塔边吊索的更换，涉及的换索工装均在实际工程中有过应用。因此，上述讨论的两种边吊索更换方案可以适用于能实施两套换索工装的普通非边吊索。但由于两种方案均采用无应力切割索体的方式拆除旧索，相较于常见的单吊点及多吊点换索方案，在新索无应力索长的控制上难度更大，对换索的理论计算和施工监控要求更高。
总结
本文总结了前人的研究成果，简要介绍了悬索桥常见的几种吊索更换方案，对单吊点、三吊点及五吊点的更换流程、优缺点及适用范围进行了简要总结。同时结合近塔边吊索更换需求及构造特征，探索了可适用于近塔边吊索更换的两种换索方案。从传力机理上来说， 本文探索的两种换索方案主要是通过旧索索力内部转移的方式达到卸载的目的，因此 ， 换索过程对缆、梁的扰动相对较小，索力卸载效率 相对 较高，且这两种方案 可 推广至其他非边吊索的更换。几种换索方案各有其适用范围和特点， 管养单位 在吊索更换方案选取时， 可 根据大桥的实际结构形式及换索需求，采用经济合理、安全可靠的换索方案。
[1] 余章龙，张大长，张宇峰，等．大跨悬索桥吊索更换技术及受力状态模拟分析［J］中外公路， 2019，39(2) :83-88．
[2] 孙洪滨．江阴大桥吊索典型病害及更换工艺［Ｊ］科技创新与应用，2014（31）：70-71.
[3] 苏林．大跨径悬索桥异响钢丝绳短吊索的检测和更换［Ｃ］//大跨径桥梁创新技术论坛论文集，2010.
陈明，男，硕士， 1992 年生，工程师，毕业于西南交通大学建筑与土木工程专业。现就职于中交公规院土木检测维护分公司。主要从事桥梁检测评估、监控监测、维修加固等相关工作，先后参与了多座大跨缆索体系桥梁拉吊索更换的试验研究。
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2）本桥采用无支架缆索吊装施工斜拉扣挂悬拼施工工艺，拟采用两套主索系统抬吊，其中每一套主索为7直径50密封钢丝绳,每套设计吊重为65吨，因此总设计吊重为130吨。 3）拱肋扣索拟采用钢
2）本桥采用无支架缆索吊装施工斜拉扣挂悬拼施工工艺，拟采用两套主索系统抬吊，其中每一套主索为7直径50密封钢丝绳,每套设计吊重为65吨，因此总设计吊重为130吨。 3）拱肋扣索拟采用钢
桥梁工程
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