将军河索道桥的检测与检算
1、概述
郧西县汉水将军河索道桥建造于1990年，桥式为索道公路桥，由地锚、地锚杆、桥台（鞍座）、主缆、横梁、连接件、桥面板七大部分构成，桥梁净跨342m，车行道净宽4．1m，两侧人行道净宽各0．75 m。设计荷载为汽～15、挂车一80，人群荷载2 kN /In 。地锚为重力埋置式地锚，预留地锚鞍，主缆通过连接件、地锚杆、锚鞍与地锚连接成一整体。主缆共74根，其中，稳定主缆24根，防险主缆6根，人行道主缆10根，车行道主缆34根。横梁共36根，通过枕木、扣件悬挂于主缆下面。桥面由两岸进出口段与跨中桥面组成，进出口段由l3根进出口桁与人行道、车行道进出口桥面板构成。桥面由36根横梁分成37段。车行道两侧设置人行道，人行道中心线与桥轴线的距离为3m。木制桥面板直接铺设于主缆之上，用连接件进行固定。索道桥结构形式见图1。
该桥自建成后已运营了十多年，为了确保桥梁安全运营，于2002年3月对该桥进行了全面检查。
2、检测及结果
2．1 外观普查
（1）行车道主缆。主缆有锈斑，锚杆局部见锈斑．滑轮夹板锈蚀较严重，可见成片蚀垢，局部锈蚀深度约1 mm。6号主缆在滑轮处断丝1根。
锚杆、夹板普遍出现严重锈蚀现象，下层主缆滑轮夹板减薄约3～5mm。14号主缆锚杆直径局部减少约4mm。销轴端挡板已基本锈坏。
（2）稳定主缆。连接器表面锈蚀严重，见大片深约3 mKll蚀坑，锚杆根部锈蚀严重，直径减少约2～3 mm，下层主缆滑轮夹板锈蚀严重（分层、减薄约1～2 mm），锚窒口主缆表面见浮锈层。
（3）保险主缆。锚杆销轴挡板严重锈蚀，锚杆根部锈蚀严重。
（4）人行道主缆。锚杆点蚀，主缆局部见浮锈，滑轮、铰链夹板锈蚀严重。
（5）桥面板下主缆及横梁。郧西县侧鞍座外主缆磨损严重，局部减薄l mm，主缆顶部见大片浮锈。8号主缆断5丝，7号主缆断2丝，9号主缆断1丝。
抽查多处横梁所在位置，发现主缆局部有浮锈，情况较锚室处好；横梁情况尚可，仅发现局部漆膜剥落、浮锈情况。
经开挖检查了桥两岸埋人土层中的锚杆各一处，发现锚杆情况尚可，仅有局部漆膜剥落现象。从桥下检查发现，多处主缆表面黄油干枯脱落出现浮锈。桥面木板多处腐烂。
2．2 桥面线形、矢度测量
用自动安平水准仪对全桥上、下游线形进行测量，最大矢度为8．037 m，超过了设计值（设计值≤ 8 m）。
2．3 主缆拉力测量
2．3．1 测量基本原理
将主缆视为弦的振动，在主缆上任意截取单元体，其基本平衡方程为：
其中，EI为主缆的弯曲刚度；P为拉力；m为主缆单位长度的质量；y为主缆的振幅；x为沿主缆方向的坐标；t为时间。
在主缆两端为铰支的情况下，式（1）的解式为：
其中，I为主缆的计算长度；k为主缆的自振频率的阶数，R一1，2，3，⋯ ， ；fk为主缆的第k 阶自振频率。
式（2）是主缆的自振频率和相应主缆力的一般关系式，一般而言，主缆的弯曲刚度与主缆长度的平方相比很小，可忽略不计，故式（2）可改为：
2．3．2 基本方法
通常情况是利用加速度传感器测量主缆在环境震动激励下的振动信号，经过滤波、放大、谱分析，获得主缆固有频率，利用式（3）获得主缆拉力。
2．4 损伤原因分析
（1）桥台两头的锚室及其附近缺少必要的排水设施，导致雨水、污水渗透或直接流向锚室，锚室地面堆积一层很厚的垃圾，使得锚室内的锚杆、凋节器、滑轮、滑轮夹板等构件长期处于潮湿的环境之中。特别在夏天，由于高温作用更会加快其锈蚀速度，引起锚杆、调节器、滑轮、滑轮夹板、主缆严重锈蚀，大大削弱受力面积，削减面积达20%～30%。
（2）主缆防护、养护力度不够，相当一部分主缆表面黄油干枯脱落，并出现浮锈，严重威胁主缆的使用寿命及桥梁安全运营。有部分主缆因锈蚀而发现断丝情况，这对桥梁安全运营非常不利。
（3）桥面板多处腐烂，位于横梁上的枕木严重腐烂，横梁已发生位移。最大矢度超过原设计允许矢度值。当车辆在桥上行驶时，上坡难以爬行，桥面板产生相对滑动，并摩擦主缆。主缆有些部分因摩擦而损伤，并出现断丝情况。
（4）主缆受力情况：① 稳定主缆、防险主缆的拉力相对较均匀，偏差较小；② 人行道主缆拉力偏差较大，最大值与最小值相差159 kN。如1 6号主缆拉力513 kN，19号主缆拉力354 kN，建议进行调整；③ 行车道主缆拉力部分偏差较大，最大值与最小值相差181 kN，如22号主缆拉力513 kN，33号主缆拉力332 kN，建议进行调整。
3、有关验算
3．1 竣工后检测资料
1990年6月23日该桥静载整体参数见表1。
成桥时满载荷载试验的结果为：跨中矢度8．736 m，最大横坡度19 22 ；左岸最大纵坡8．6%，右岸最大纵坡8．7%。
竣工时的结论：该桥通行平稳，无任何异常现象，总体满足设计要求。
3．2 验算的步骤及内容
（1）计算空缆的线形；
（2）按设计矢度7．726 m计算恒载（梁与主缆）作用下的主缆拉力；
（3）计算全桥竣工后恒载作用下的主缆拉力；
（4）计算在全桥竣工后满载（跨中5辆车共800kN）下的主缆拉力、挠度；
（5）计算全桥满布车载（汽车一15级2o辆车）下的主缆拉力、挠度；
（6）按本次现场实测矢度和线形计算恒载（梁、主缆、桥面板）作用下的主缆拉力。
梁与索的结构计算模型见图2。
3．3 计算结果
按上述步骤，用通用结构仿真程序验算主缆强度、横梁强度、索道桥跨中挠度和主缆单元内力、全桥满布车载下主缆拉力以及恒载下索力，其结果汇总见表2。
3．4 验算结果分析
（1）由主缆强度验算（荷载按竣工后，跨中5辆车800 kN计）可知，安全系数K：4．39，而由汉水将军河索道桥的现场实测矢度和线形计算索力可知，实际安全系数为K=3．4，主缆中最多断丝达8丝（其承载力约减少3．6 ），可能还不会影响索道桥的承载能力。但由于缺乏主缆鞍处的资料。无法进行主缆弯曲处安全系数的分析和计算，而该部分对于钢丝绳而言是比较不利部分，从普查资料发现该部位钢丝绳有不同的断丝现象。因此该处将成为桥梁主要的安全隐患。
（2）索道桥竣工后曾经发生过锚杆断裂事故，而现场检查显示部分锚杆局部锈蚀严重。如直径为50．0mm 的14号锚杆局部减少约4mm，截面面积减少29．44 ，未损伤时锚杆承载力为608．7 kN、极限承载力为1158 kN，而局部锈蚀严重的锚杆承载力为429．3 kN，局部锈蚀严重的破断力为810．6kN，可见，局部锈蚀严重的锚杆的抗拉承载力已不能满足安全营运要求。从实测来看，实测值比14号锚杆容许承载力大，但比破断力小，因此，可以认为14号锚杆可能在经过屈服后又进入强度硬化提高，这也是导致主缆线形、矢度与建成初期产生差异的原因，建议对锈蚀严重的锚杆进行更换，以确保桥梁安全。另外，计算拉力比实测索力小，稳定主缆、防险主缆拉力相对较均匀（偏差较小），人行道主缆拉力偏差较大，最大值与最小值相差159 kN，应该进行调整。行车道主缆拉力部分偏差更大，最大值与最小值相差181 kN，应该进行调整。
（3）主缆矢度已大于设计矢度，实测拉力普遍大于计算拉力，个别拉力实测值比计算值大55 ．钢丝绳结构安全系数也较低。
（4）从普查检算的情况来分析，该桥部分锚杆、调节器、滑轮夹板已严重锈蚀，个别锚杆的承载力已不能满足规范要求，桥梁线形和矢度已超过设计允
许值，该桥在未经整治和加固前已不能满足按设计荷载正常运营的要求。
4、养护、维修建议
4．1 钢构件
钢构件包括钢横梁、鞍座、锚杆以及钢横梁上的吊环等，其维修养护重点在于除锈和涂漆防锈。首先应更换部分锈蚀较严重的锚杆、调节器、滑轮、滑轮夹板，调节桥梁线形，使主缆矢度满足原设计要求。
4．2 主缆
（1）对主缆及配套设施应定期检查，重点检查部位是主缆与锚杆的连接和主缆与钢桁梁吊环、鞍座的接触部位。每年至少应进行1次检查，遇到异常情况时应加强检查，每次检查后应有详细的记录。
（2）检查主缆的防锈措施，对主缆上缺少防护油的地方涂防护油，主缆两端锚杆进行除锈和涂漆。
（3）对主缆拉力及桥面线形做定期检查，根据检测结果对主缆拉力过大或太小的应进行拉力调整。主缆拉力调整时应同时配合进行桥梁的线形测定，若矢度太大，应进行调整（拉紧主缆，减小矢度）。
4．3 桥面板
（1）应经常清扫桥面，保持桥面清洁平整。冬季结冰或下雪后，应及时清除桥面上的冰块和积雪。
（2）加强检查，发现桥面损伤应及时修补，修补时应严格控制施工荷载的重量。
（3）当大面积的更换桥面板时，应注意施工工艺，控制施工荷载。新的桥面板重量不应超过原桥面板重量。
4．4 其它
（1）增加桥台两头锚室的排水设施。
（2）派专人或成立专班对桥梁进行日常管理。
（3）鉴于桥梁目前存在较为严重的病害，应切实做好限速、限载的规定，每次只允许单辆汽车过桥，车速不超过10 km/h，最大允许荷载为150kN。
（4）桥面要保持清洁，注意防火，禁止行人在桥上玩耍嬉戏。
5、结语
本文通过汉水将军河索道桥的实例，对索道桥的检测与检算做了一定的探讨，也提出了一些相应的维护措施，供同行们切磋、借鉴，共同为旧、危桥加固处理积累经验。
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