南宁大桥系杆索力长期监测及评估探究【摘要】柔性系杆刚性拱桥结构中系杆安全对于保证桥 梁正常运营具有十分重要的作用，因此研究系杆索力在长期 运营过程中的变化规律及系杆劣化过程具有一定的工程意 义本文结合南宁大桥健康监测系统，首先通过有限元对系 杆索力温度效应及荷载效应进行分析，然后模拟系杆损伤对 桥梁静态特性、动态特性及稳定性的影响，最后通过对南宁 大桥健康监测系统中系杆索力监测数据分析，对系杆状态进 行评估，为保证南宁大桥运营安全提供准确的依据关键词】系杆；健康监测；索力1.引言(1) 系杆拱桥中承受拱端水平推力的拉杆称为系杆 它使拱端支座不产生水平推力按照系杆与拱肋刚度的比 较，可分为刚性系杆和柔性系杆刚性系杆既受拉力也受压 力，柔性系杆只受拉[1](2) 下承式柔性系杆刚性拱桥中，系杆主要用于平衡 拱脚处的水平力，同时也承受桥面传来的车辆荷载引起的水 平力变化系杆对桥梁静态特性、动态特性、稳定性及施工 工艺均有重要影响系杆可能的损伤形式包括系杆锈蚀、断 丝、预应力失效等系杆的损伤及破坏，会导致桥梁体系转 变，将拱的巨大水平力直接作用于基础，造成结构的破坏3）在桥梁运营阶段，对于系杆索力监测提出了很多 方法，包括振动法、磁通量法、压力环法及油表法。
油表法 一般用于施工中，振动法及磁通量法实时性较差，而采用压 力环对系杆索力进行监测具有精度高、实时性强的特点[2]2. 工程概况（1）南宁大桥单跨跨度300m,为世界上首座大跨径曲线桥梁非对称外倾拱桥，拱肋下部为混凝土拱肋，上部为钢 箱梁拱肋，主梁为正交异性钢箱梁，位于平曲线R二40000上主桥为双向六车道，桥面宽35米，属城市主干道I级，设 计行车速度为50Km/ho主桥钢箱梁内共设置了 32束系杆，其中直系杆16束，弯系杆16束全部系杆索均贯通钢箱梁, 并锚固于肋间平台上系杆凸形竖曲线半径为9000m弯系 杆通过在每道主梁的横隔板上放置一个转向器实现转向，全 桥共832个转向器系杆的最大局部偏转角度为0. 38° ,系 杆的最大横向偏移量为0.33mm由于南宁大桥结构新颖、独 特，部分构件人工巡检难度较大，为保证其安全运营，因此 为其建立了一套智能化运营期监测系统2）南宁大桥运营期监测主要由7个监测子系统组成, 其中系杆索力监测系统主要采用中铁大桥局桥科院研发的 光纤光栅压力环，全桥共布置了 32个系杆光纤光栅压力环,采样频率设置为20Hz,分析软件基于MATLAB平台进行开发, 包括索力分析、报警及对系杆索力评估等内容。
3. 系杆索力及损伤分析系杆在温度变化及系杆索发生损伤的情况下，系杆会发 生预应力损失在车载情况与温度变化的情况下，弯系杆与 钢箱梁之间发生往复摩擦，发生系杆损伤，或者系杆锚固端 的破坏，都会导致桥梁预应力损失系杆一旦发生预应力损 失，会对桥梁支座反力及拱肋位移，桥面线形均有较大的影 响[3]3. 2系杆预应力损失对支座水平力影响（见图2）系杆 预应力预应力损失后，拱肋对拱脚的水平分力主要由拱脚来 承受，最终传递到基础上，基础承受过大的水平力是不利的， 容易导致桥梁整体失稳墩底在设计时采用的固结，通过分 析发现系杆的预应力损失先通过内力重分配，拱脚承受一定 的预应力损失值承台及基础承受水平力的作用是有限的, 在最不利情况下，若基础承受较大的水平力，可导致基础水 平滑动，系杆预应力损失完全转换为结构承受，结构进入内 力重部分，在分析的时候将基础一端设置为固结，另一端改 为滑动支座计算分析结果表明：系杆索力损失与拱脚水平 力基本成线性化变化，系杆每损失10%,拱脚增加13000KNo3.3系杆预应力损失对拱肋线形的影响边界条件的改变对拱肋的影响是巨大的，而拱肋的安全性是南宁大桥的 重中之重。
南宁大桥拱肋设计为刚性拱，钢拱的稳定性主要 表现为横向失稳，计算分析结果表明：预应力损失与拱肋横 向、竖向变形具有同向性系杆索力减少，拱肋系杆预应力 损失10%,东拱肋向外侧横向横向偏移3. 3mm,竖向位移 2.5mm,西拱肋向外侧横向偏移3.4mm,竖向位移2. 6mmo （系 杆索力损失对东拱位移影响见图3,系杆索力损失对西拱位 移影响见图4）3.4系杆预应力损失对桥梁线形的影响钢箱梁挠度的 关键断面为钢箱梁跨中断面钢箱梁跨中挠度主要受到几个 方面的影响，吊杆索力及钢拱肋位移系杆索力不会直接钢 箱梁挠度，但系杆索力通过对钢拱肋的位移间接影响了钢箱 梁挠度及水平位移通过计算分析结果表明：系杆预应力损 失10%,钢箱梁跨中竖向1.8mm （系杆索力损失对钢箱梁跨 中竖向位移影响见图5）4. 系杆长期监测数据分析系杆索力在实际测量过程中其变化缓慢变化趋势比较 稳定，光纤光栅压力环测试精度较高，通过数据分析，可以 将其长期变化趋势绘制出来，若系杆发生1%以上的预应力损 失，通过此种方法是可以进行识别的5. 系杆索力的养护根据《公路工程评定标准》及《公路工程养护手册》， 系杆的日常检查包括对系杆锚头，防护套及锈蚀，连接件是 否脱落，系杆外部涂层是否脱落，防锈油脂是否渗漏及对系 杆锚固端的混凝土进行检查。
若有条件，应对钢丝是否有断 丝的现象系杆若出现防锈油脂渗漏等现象，则应增大巡检 的周期，并对油脂渗漏现象进行及时封堵系杆索若发生锚 头、防护套损坏，钢丝断裂现象，应及时进行封闭交通，进 行系杆索的更换若发现锚端混凝土出现较大裂缝，则应对 出现裂缝的形式及原因进行分析，采取加固措施，避免裂缝 扩展导致系杆索预应力损失。