看菜园坝大桥如何应对高强螺栓断裂坠落之风险

最近很多人关注看菜园坝大桥如何应对高强螺栓断裂坠落之风险，山东创新网小沐从网上搜集一些关于看菜园坝大桥如何应对高强螺栓断裂坠落之风险内容，希望对您有用。

重庆菜园坝长江大桥（以下简称菜园坝大桥）是重庆市总体规划中的主城区干道上的重要桥梁，同时也是轨道交通3号线的过江通道，地处重庆市区路网的腹地，北起渝中区两路口环道中山三路原富安大厦前，向南跨越菜园坝地区后越过长江，经南岸区苏家坝立交与海铜路相接。整个工程项目由主桥及引桥、菜园坝立交、苏家坝立交、南城隧道、南城立交、海铜路改造等部分组成,全长4.158Km，为双向6车道的城市快速路。菜园坝大桥正桥长1741m,上层为双向6车道；下层中间布置双线城市轨道交通，通行净宽8.6m，两侧各预留一个7m宽汽车车行道。桥宽30.5m,桥面两侧各有宽2.5m的人行道。主桥长800m，跨径布置为88 102 420 102 88m，为公轨两用预应力Y型刚构与中承式钢箱系杆拱组合式桥，主跨跨径为世界同类型桥梁之首。大桥主桥主体结构采用了预应力Y型刚构与钢箱提篮拱和钢桁梁的组合结构；主梁采用了正交异性板与桁梁的组合结构；边跨系杆和中跨系杆分开布置，主动控制结构内力水平。菜园坝大桥主桥钢桁梁区域采用高强螺栓约25万套，从2007年通车至今共发现有六处缺失,其中两处确定为断裂脱落。由于高强螺栓脱落后存在若干风险,以菜园坝大桥钢桁梁区域高强螺栓断裂脱落的风险分级管控进行分析和研究,以期更加有效地保障桥梁设施以及相关区域的人身财产安全。

内外兼修 建立风险分级

菜园坝大桥钢桁梁总长800m，采用了正交异性桥面钢桁梁整体节点和整体节段的设计理念。将一个钢桁梁整体节段作为工地钢梁拼装的基本单元，把杆件、梁段、节点、正交异性桥面板块在厂内拼装成整体节段，然后再将整体节段运至工地吊装拼接，共分为51个节段。一个正交异性桥面板钢桁梁整体节段有如下构件单元类别组成：正交异性桥面板块、带桥面板的中上弦杆及边上弦杆、桥面系横梁、主桁腹杆、下弦杆、下横梁、下平纵联、侧撑杆（或拉杆）、上弦整体节点、吊点整体节点、下弦整体节点。正交异性板块间采用熔透焊对接，横梁之间以高强螺栓连接。桥面系中弦杆-横梁-腹杆、及横梁-拉（压）杆均为整体焊接节点。节段间桥面板连接为熔透焊工地对接，上弦杆采用高强螺栓连接。主桁腹杆除在拱跨及边跨支点附近采用箱形断面外，多为工形杆件，所有腹杆插入上、下弦全焊整体节点后，用高强螺栓连接。桁梁的下弦杆均为箱形杆件，节段内与全焊整体节点的连接均为熔透焊对接，节段外与整体节点的连接也采用高强螺栓。主桁梁外侧拉杆（或撑杆）均为工形杆件，拉杆的两个翼缘成立面，与下弦整体接点内的横隔板，及整体接点外的横向节点板对应，并与其通过高强螺栓对接相连。桁梁的下横梁均为宽翼箱梁，其箱梁与下弦整体接点的连接均用高强螺栓对接。下平纵联杆件均为工形，其连接均为高强螺栓，轨道梁在二期恒载加载后用高强螺栓与桁梁的下横梁连接。

菜园坝大桥钢桁梁杆件栓接采用摩擦型高强度大六角头螺栓，规格有M24和M30两类，51个节段（含支点吊索的托架顶梁）。总计安装高强螺栓250720套，其中M24为198812套，M30为51908套，在各类节点板的顶面、内侧面、外侧面和底面均有分布。

在开展菜园坝大桥高强螺栓断裂脱落全域风险识别工作之前，需厘清风险的概念。风险，即某种特定危险事件（事故或意外事件）发生的可能性与其产生的后果的组合。通过风险的定义可以看出，风险是由两个因素共同作用组合而成，一是该危险发生的可能性，即危险概率；二是该危险事件发生后所产生的后果。因此既要考虑概率也要考虑后果，采集多个变量纳入识别分析。

根据如下因素建立风险分级模型，并根据分级模型有针对性地采取管控措施，主要内容为：

内因：高强螺栓在安装时即存在的自身材质、施工工艺等因素

经查阅成桥建设资料，菜园坝大桥所用高强螺栓的设计标准和施工工艺，均符合相关技术规范及要求，施工过程中未见明显异常记录和事故报告。材质检测参数中的扭矩系数、楔负载、保证荷载、硬度均符合GB/T1228-1231-91标准。因此，菜园坝大桥高强螺栓断裂脱落风险的内因因素在概率上各节段趋同，可不纳入分级识别分析。

外因：高强螺栓在投入使用过程中

受到的温湿度、应力变化等环境因素

菜园坝大桥钢桁梁位于桥面板下方，其附着的高强螺栓全域均无雨水侵蚀，也不受桥面泄水孔排水影响，除个别节点板的螺帽漆面起皮外，未见明显腐蚀情况，各节段环境湿度无较大差别；除下弦外侧面部分节点板外，其余区域均不在日照范围内，实测温度数据略有差别，但发现的六处缺失均不在上述温度相对偏高区域。由此可以看出，温度因素引起应力变化的影响可以不考虑。所以，菜园坝大桥高强螺栓断裂脱落风险的外因因素在概率上各节段趋同，可不纳入分级识别分析。

内在影响：高强螺栓脱落后对所处节点板,

乃至该区位杆件的结构安全影响

经咨询大桥设计单位，单块节点板高强螺栓均有较大的安全冗余储备，个别缺失不会对板件结构安全造成明显影响，但建议及时发现及时修补。因此，内在影响不列入本文探讨方向。

外在影响：高强螺栓脱落后对可能砸到下方的人和物而造成的次生灾害影响

根据菜园坝大桥区位分布情况，主桥钢桁梁段中P15-P18段均位于长江河道区域，P18-P20位于重庆市南岸区滨江路（以下简称南滨路）与菜园坝大桥苏家坝立交之间的相关区域。结合现场平面位置和桥体投影下方关联区域分析，P15-P18段的高强螺栓断裂脱落后，可能会发生的次生影响对象主要为通行于长江航道的船舶，以及枯水期在河滩游玩的行人；P18-P19段的高强螺栓断裂脱落后，可能会发生的次生影响对象主要为南滨路通行的车辆，以及两侧人行道行走的行人；P19-P20段的高强螺栓断裂脱落后，可能会发生的次生影响对象主要为桥体正下方市政公园休闲活动的居民，以及通过该公园区域步行前往铜元局轻轨站的行人。

图1 大桥竣工图

根据单位时间内的交通量数据调查分析，行人交通量最大，车辆交通量次之，船舶交通量最低。由此可把菜园坝大桥高强螺栓断裂脱落风险分级的区域标准制定为：主重点区域P18-P20段，次重点区域P15-P18段。

在此基础上，把主重点区域P18-P20段按所属钢桁梁节段组成情况，进一步细分为三级分段：第一级为N01-N05节段，第二级为N06-N08节段，第三级为N09-N11节段。其中第一级分段下方为轻轨站、公交站和相邻小区出行的主通道，过往行人密集，也是周边居民日常休闲区；第二级分段下方为运动休闲区和步行通道；第三级分段下方为南滨路区域。由此可以看出，在主重点区域中第一级N01-N05节段的高强螺栓断裂脱落风险相对最高，应作为分级管控体系的最优先考虑；第二级N06-N08节段次之；第三级N09-N11节段再次之。

综上所述，经过多维度数据分析与识别后，建立菜园坝大桥高强螺栓断裂脱落风险分级模型，详见以下图表：

图2 菜园坝大桥风险分级的区域示意图

针对分级 多手段管控

根据《城市桥梁养护技术规范》《钢结构工程施工质量验收规范》《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》《重庆市市政设施管理条例》等相关法律、法规，桥梁养护管理单位根据上述风险分级模型，结合《菜园坝大桥管理手册》有针对性地采取管控措施。对管控主重点区域（一、二、三级）采取更多手段、更高频次的检查力度，对检查出的问题及时进行危险性评估及维修维护方案论证。

菜园坝大桥现有高强螺栓的检查范围及措施——

1．检查范围——钢桁梁整体节段，包括桥面板的中上弦杆及边上弦杆、桥面系横梁、主桁腹杆、下弦杆、下横梁、下平纵联、侧撑杆（或拉杆）、上弦整体节点、吊点整体节点、下弦整体节点。

2．检查措施——上弦节点通过上层检修车抵近观察，下横梁和下弦节点通过下层检修车抵近观察，主桁腹杆和斜撑通过检修道抵近观察并辅以望远镜。

在后续的研究中，拟在高强螺栓的无损探伤检测、图像以及声音等对比分析技术进行探索，合适的情况下，拟通过技术联合引进开展工况测试，试点可行后，再根据风险分级逐步推广。同时，基于前述风险分级模型，选择部分高风险区域，即因脱落可能造成的次生影响较大区域，采用适合于钢桁梁的改良型防坠措施，降低因不可预期的高强螺栓断裂脱落而造成的次生灾害概率以及影响程度。重点考虑位于人群密集区上方的平联、下横梁、下弦杆等区域，试点可采用悬挂防坠网的被动脱落防护措施，同时兼具牢固、美观、可维护更换等要求，以期进一步降低高强螺栓断裂脱落的风险。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志 2021年 第4期 总第16期

作者 / 张杨 冉丽娜 罗本宗

作者单位 / 重庆市城投路桥管理有限公司