广州市海珠桥主桥维修加固设计

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广州市海珠桥主桥维修加固设计

鲍莉霞1,2　彭振华1

(1.中铁大桥勘测设计院集团有限公司, 武汉　430050; 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司, 南京　210000)

摘　要：在介绍广州市海珠桥近80年营运历史及改扩建情况的基础上,以“修旧如旧”为主要原则,通过维修加固,将主桥恢复为1950年重建后的3孔下承式简支钢桁桥,构件间维持原有的铆钉连接。对主桥桥面以下结构及桥面以上部分不能继续使用的构件进行更换,更换的构件维持原有外形尺寸、提高材料强度,达到保持原貌、提高通行荷载等级的目的,通过优化总体线形及桥下净空,改善桥面及桥下行车条件。

关键词：简支钢桁梁； 维修加固设计； 修旧如旧； 铆钉连接

第一作者：鲍莉霞,女,1978年出生,硕士,高级工程师。

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1　项目背景

海珠桥位于广东省广州市城区中心,跨越珠江,呈南北走向,北接越秀区的起义路(一德路),南接海珠区的江南大道,处在解放大桥与江湾大桥之间,是广州市民心中的第一桥(图1)。

图1　海珠桥建成开通

原海珠桥建于1933年,由美国马克敦公司承建,全长355 m,主桥长182.9 m,南、北两跨对称布置,3孔下承式简支钢桁架桥,设计荷载为2列100 kN汽车,中跨能向上开启(图2)。

图2　开启的海珠桥

1938年,日军盗走了整套开合设备,后经修建,中段桥面开合部分已无法复原。1949年,海珠桥被炸,中孔钢梁沉没江中,南、北两孔大梁折断,东南桥墩和西北桥墩皆被炸毁。

1950年3月25日,市政府重建海珠桥,重建后的正桥长182.9 m,桥面不能开合,桥面宽3车道,两侧设人行道和自行车道,外观与原桥大致相同。

1974年,扩建海珠桥,在原桥两侧各增加宽7.83 m的预应力钢筋混凝土桥,桥跨与原桥一致。扩建后的海珠桥,桥宽达37.56 m。

1995年5月至1996年9月,海珠桥在原桥上进行加固、维修(图3)。工程采用自锚式吊索方案,将中孔恒载转移到吊索上,原桥变为3孔连续索桁组合结构。

图3　加固后的海珠桥

2　检测情况

中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司检测中心对海珠桥主桥进行了检测,主要结论如下：存在诸多严重的缺陷,严重影响作为城市主干路上桥梁使用性能的发挥,一些关键病害的存在也严重影响桥梁的耐久性和安全性。但通过结构静动载试验表明桥梁目前的工作状况尚能满足汽15荷载等级的运营要求。海珠桥主桥桥梁技术状况等级评定为四类,需对其进行大修或改造,部分现场情况见图4。海珠桥下部的勘查结果见图5、图6。

图4　上部结构现状

图5　桥墩表面缺陷

图6　桥墩表面冲出的洞穴

3　维修加固设计

3.1　设计原则

海珠桥危桥抢修工程的加固应遵循以下几点原则：1)应保留1950年重建时的基本风貌；2)主桥加固应维持原有的铆钉连接,加固完成后景观上“修旧如旧”,保持原貌；3)原设计荷载为3车道汽150 kN,加固后的海珠桥上需通行3车道公路-II级荷载；4)桥下通航净高提高至8.7 m,引桥下通行净高提高至4.2 m,总体线形满足JTG D20—2006《公路路线设计规范》。

3.2　中跨主桁更换设计

中跨主桁采用半穿桁架,节间和桁高与原结构相同,主桁各构件按照原有截面尺寸新制构件,通过提高材质来提高承载力。这种方式既能很好地保持中跨的外观、达到景观“修旧如旧”的要求,又提高了主桁的承载力。新制主桁材质采用Q345qD。中跨主桁立面如图7所示。

图7　中跨主桁立面

主桁杆件更换时,考虑到主桁在工厂整体拼装成形,对主桁上弦和下弦杆件的划分进行了优化,适当调整上弦杆和下弦杆的制作长度,减小弦杆的拼接接头,简化拼接,减少拼接铆钉数,方便拼装。优化后,单根上弦杆最大长度为12 260 mm,单根下弦杆最大长度为9 195 mm。

3.3　边跨主桁维修加固设计

边跨主桁节间长度为6.7 m,主桁跨中两节间桁高10.385 m,其他节点采用折线过渡到支点,桁宽14.4 m。边跨主桁立面布置如图8所示。

图8　边跨主桁立面布置

由于下弦构件锈蚀严重,难以满足维修加固后继续使用50年的使用寿命要求,下弦构件全部更换。上弦杆为压杆,没有疲劳问题,需根据检测结果决定是否保留或更换。更换时,采用Q345qD高强度低合金结构钢,提高杆件的承载力,需更换的各构件采用与原有截面相同的截面形式,对于GB/T 706—2008《热轧型钢》中没有的型钢采用与原截面相近的型钢代替,以保持桥梁原有的风格。

3.4　桥面系及联结系维修加固设计

纵、横梁由于腐蚀严重,造成构件缺陷较多,截面面积减小较多,有的纵、横梁翼缘板已锈断,若采用加固的方式难以满足使用要求,需全部更换。

横梁更换时,对横梁截面进行优化,对横梁的形式进行创新,采用焊接与铆钉连接相结合的新型结构。其主要特点如下：1)横梁与主桁、横梁与纵梁、横梁与加劲肋的连接均采用铆钉连接；2)横梁截面采用焊接工字形；3)横梁顶面设置2%的双向横坡。为提高横梁的承载力,采用Q345qD钢材。为使横梁的外形与原来保持一致,横梁的竖向加劲肋仍采用铆钉连接。优化后的中跨及边跨新横梁立面分别如图9、图10所示。

1—排水管孔；2—主桁中心线；3—桥梁中心线。
图9　中跨新横梁立面

1—排水管孔；2—主桁中心线；3—桥梁中心线。
图10　边跨新横梁立面

纵梁更换时,纵梁截面采用焊接工字形,形状与原来的工字形钢大致相同,纵梁高度适当加大,并且将上、下翼缘宽度加大,以方便桥面板现浇接缝。对纵梁的间距进行优化,将纵梁间距增大为1 800(1 900) mm,纵梁数量由11根减少为7根。纵梁与横梁采用铆钉连接。

对被撞变形的桥门架及变形严重的上平联进行更换,形式与原结构保持一致。

保持原有桁外托架外形不变,托架与桁架采用铆钉连接。

3.5　桥面板设计

对原桥面板进行优化：将桥面板设计成连续板,桥面板与横梁结合受力,增大桥面系的整体刚度,提高横梁的承载力,改善桥面板的受力。混凝土桥面板为钢筋混凝土结构,采用厚16 cm的横向单向板。为加强混凝土板与横梁的连接,在横梁顶面布置剪力钉,将桥面板与横梁结合。为加强混凝土板与纵梁的连接,在纵梁与桥面板之间间隔一定距离设置锚栓,横断面如图11所示。桥面板横桥向分6块,宽度控制在1.6 m以内,纵向按节间分块,便于运输和吊装。

1—现浇湿接缝；2—桥梁中心线。
图11　桥面板横断面

3.6　主墩及基础加固设计

原主墩及基础已使用近80年,经检测,除水位变化区局部存在冲蚀外,各墩及基础整体性完好,主墩及基础的加固主要是外观修复及主墩加高处理,加固时仍维持结构原有尺寸及形状不变。

3.7　主桥线形优化设计

原主桥纵坡为5段折线形坡,中跨段为平坡,中跨与边跨、边跨与引桥过渡位置设变坡点,纵坡长度短,线形不平顺。 加固设计时,对主桥纵坡线形进行优化,以中跨跨中为顶点,设5%的对称纵坡,设半径500 m竖曲线,主桥与引桥间不设变坡点,仅在两侧引桥上设变坡点,使纵坡长度满足要求,改善桥上行车舒适性。

4　加固施工方案

由于主桥横断面布置为3幅桥,中间为钢桁梁(行车道桥),两侧为混凝土梁(人行桥),本项目不包含人行道桥的整饰,且因施工期间中跨必须保持通航,为缩短碍航时间,中跨采用整体下放、整体运送工厂的方案,边跨采用整体顶推至两岸引桥进行维修的方案。边跨维修完成后,整体顶推回原位,中

跨采用整体提升回位。

5　结束语

海珠桥经过维修加固,改善了总体线形,恢复到1950年的外观,景观上做到了“修旧如旧”。加固设计过程中做到了以下几点：

1)优化总体线形,使主桥与引桥顺接,提高行车舒适性。

2)加固边跨和中跨主梁,使主桥恢复为3孔简支梁,提高主桥的承载力,使主桥维修加固后桥梁能通行公路-Ⅱ级。

3)加固或更换构件时,采用保持原截面不变、提高钢材材质的方法,整体更换中孔钢梁及部分边孔钢梁,既维持原桥的风貌、达到“修旧如旧”效果、

有效利用了原有杆件,又提高了桥梁的承载力。

4)通过优化主桥面系,减轻桥面恒载,改善桥面板的受力,使主桥在通行活荷载提高的条件下,各支座竖向反力不增加。

参考文献

[1]　中铁大桥勘测设计院集团公司.广州市海珠桥危桥抢修工程设计施工总承包施工图设计[R].广州：2012.

[2]　JTG/T J22—2008　公路桥梁加固设计规范[S].

[3]　GB/T 706—2008　热轧型钢[S].

[4]　JTG D20—2006　公路路线设计规范[S].

[5]　JTG B 01—2003　公路工程技术标准[S].

[6]　JTJ 025—86　公路桥梁钢结构及木结构设计规范[S].

[7]　JTG D 62—2004　公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范[S].

[8]　GB/T 116—86　铆钉技术条件[S].

·信　息·

2015年11月30日上午中国钢结构协会“2015‘中建钢构杯’全国高校学生钢结构住宅体系创新竞赛”在山东省济南市顺利召开。本次竞赛决赛由中建钢构有限公司赞助,中国钢结构协会秘书长侯兆新和天津大学陈志华教授共同主持。竞赛中对收到的20余项参赛作品,从建筑方案设计、结构方案设计、围护体系有必要的构造和材料说明、陈述与答辩等5个方面由钢结构领域专家进行现场评分。经过紧张的竞赛,最终同济大学的作品“自主社区新苑——钢结构模块住宅”获得特等奖,奖金3万元；东南大学的作品“异形束柱钢结构住宅体系”和西安建筑科技大学的作品“建科GEN大厦设计方案”获得一等奖,奖金各1万元；第4~8名获得二等奖,奖金各5 000元；第9名和第10名获得优胜奖。

本次竞赛是以前瞻的眼光设计高层钢结构住宅,探索钢结构体系在住宅建筑设计中应用的多样性,鼓励和激励全国大学生更多的参与钢结构住宅设计,推广钢结构住宅应用,使钢结构住宅建筑能够更好地成为居住舒适、便于拆改、节能环保的理想居所,创造属于工业化建筑时代,满足可持续发展需要的新型居住建筑体系。

MAINTENANCE AND REINFORCEMENT DESIGN FOR THE MAIN BRIDGEOF HAIZHU IN GUANGZHOUBao Lixia1,2　Peng Zhenhua1

(1.China Railway Major Bridge Reconnaissance & Design Insitute Co.Ltd, Wuhan 430050, China;

2.China Railway Major Bridge(Nanjing) Brige and Tunnel Inspect & Retrofit Co.Ltd, Nanjing 210000, China)

ABSTRACT：In the base of introducing Guangzhou Haizhu Bridge's nearly eighty years of operating history and reconstruction and expansion situation, and according to the principle of “repairing the old as old”, which helps effectively maintain the original style of the main bridge of 1950.The main bridge of 1950 was simply-supported truss steel through bridge with three holes, the members were connected by rivets. Replacing the unavailable members under deck and over deck by new members, which own the original dimension and improved material strength, thus reach the requirements of remaining old appearances and improving the grade of the living load. The situation of transport on or under the bridge was improved by optimizing the general line and the underpass clearance.

KEY WORDS：simply-supported steel truss beam; maintenance and reinforcement design; repair the old as old; riveted connection

收稿日期：2015-09-30

DOI:10.13206/j.gjg201601011