外白渡桥车撞变形杆件修复方案浅析

外白渡桥车撞变形杆件修复方案浅析

黄伟华

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海，200092）

摘要：外白渡桥位于上海市苏州河上，是一座建成已100年的铆接简支钢桁桥，是上海外滩风光带的标志性建筑，也是外滩区域重要的地面交通节点。2017年4月一辆运输车辆通过桥面时发生撞击事故，撞击位置为北侧桥跨东侧主桁架及护栏，造成部分杆件出现严重变形计断裂现象。考虑本桥文物特性、结构特性及施工可行性，综合提出针对不同病害的维修加固方案，在保障结构安全的前提下尽快实现修复，降低对周边交通和居民生活的影响。

关键词：铆接钢桁桥车撞变形杆件修复

1 引言

上海市外白渡桥南起于南苏州路，北止于北苏州路，整桥长104.24米，是一座百年钢桥，位于苏州河与黄浦江交汇处，是市中心与沪东地区相互连接的重要通道。

外白渡桥不仅是体现旧上海风貌的重要城市性地标，而且是国家重点文物保护建筑、上海市优秀历史保护建筑，同时外白渡桥也是上海这座国际大都市外滩旅游景点的重要组成，具有历史文化、人文景观和交通工程三位一体的重要功能地位。

外白渡桥于1907年由英国人进行设计建造，两跨布置，跨径为2×52.178m，车行道宽11.2米，布置三车道，两侧各有一条3米宽的人行道[1]。结构形式为铆接下承式简支钢桁架桥，原设计荷载为英制H—15级，折合成我国的标准为汽—11.3级。

图1  外白渡桥实桥照片

2车撞情况及损伤检测

2.1车撞情况

2017年4月25日凌晨5:00左右，外白渡桥被一辆土方车由南向北行至北跨侧时发生撞击事故，撞击位置为北侧桥跨东侧主桁架及护栏。

图2土方车撞击现场照片

图3土方车撞击位置示意图

2.2损伤检测

撞击后桥梁主要病害及现场外观检测情况如下：

（1）主桁架竖杆变形、构件截面外展，A’8E’8竖杆近桥面节点位置处局部断裂，外涂层受损；

（2）主桁架斜腹杆A’8E’9中部（近A’9E’8交汇处）扭曲变形，外涂层受损剥落；

（3）车撞位置处L8L9间栏杆撞断，已被清理；

（4）乘船对桥下对应位置节点进行检查，未见钢构件变形、铆钉错位及涂层脱落现象。

（5）采用金属超声探伤方法对附近节点构件和节点板进行检查，未发现钢板内部分层、损伤迹象。

图4 杆件损伤位置示意图

图5 杆件损伤照片

撞击发生后，考虑到桥面车辆运行的安全，对主桁架结构进行在线倾角姿态数据采集和定期挠度监测，根据监测结果可知，各点累计竖向变形基本在1mm以内，且较为稳定；桁架倾角与日间交通荷载和温度变化强相关，且整体处于弹性状态。

3 维修方案

3.1 总体方案

根据现场损伤情况和检测结果，综合考虑文物保护、结构修复和施工可操作要求进行维修设计，总体拟采用原位抢修的施工方案，国内类似有武汉长江大桥[2]、肇庆市西江特大桥[3]等桥对船撞杆件也采用了原位修复方法对受损杆件进行修复。发生断裂、变形损伤的构件有5处，均为主桁腹杆。其中，A’8E’7斜杆、A’9E’8斜杆、A’10E’10竖杆局部有变形，但未出现明显撕裂等变形，采用现场矫正修复。A’8E’8竖杆、A’8E’9斜杆受撞击部位发生断裂、破损、严重变形，需局部切割置换。且考虑新旧杆件外形及受力协调一致，置换的新构件外形与老构件一致，连接仍采用铆接形式，连接强度不低于原结构。

图5  维修总体示意图

3.2 局部矫正

局部变形需矫正的部位包括：A’8E’7斜杆在E’7节点板边缘向上约200mm范围；A’8E’9斜杆中部；A’9E’8斜杆在交叉点向上约200mm范围；A’10E’10竖杆在E’10节点板边缘向上约200mm范围。

结合变形部位的变形程度及超声检测情况，该几处变形采用热矫正的修复方式。考虑到桥梁为原位状态，杆件均存在自重应力，为保证施工期间结构整体安全，对杆件进行局部热矫正时，结合肇庆西江桥施工总结[7]严格控制加热温度不超过600℃，避免出现局部杆件卸力。

A’9E’8局部热矫正修复过程

3.2 A'8E'9杆件局部更换

A'8E'9斜杆在中间交叉点处不连续，上下两部分通过连接角钢连接。杆件在交叉点以下、机动车道侧有较严重的局部变形，连接角钢局部破损。

结合原杆件构造及受力情况，经计算分析后，提出对交叉点以下的两根杆身变形的角钢局部切除，切除长度712mm，更换新角钢。新老角钢拼缝处缀条拆除，更换成开菱形孔的缀板，以加强局部连接，并保持外观基本不变。

机动车道侧连接角钢拆除更换，为了保证连接强度，新连接角钢比老角钢向下延长了914mm。

A’8E’9斜杆局部更换示意图

3.3 A'8E'8杆件局部更换

A'8E'8竖杆人行道侧的两根角钢局部严重变形，并有断裂现象。将这两根角钢下半部分切除，切除长度3235mm，更换新角钢。新角钢构造形式与老杆件相同，与保留的缀条通过铆钉连接。新老角钢

接头处设置节点板，采用铆钉连接。接头处缀条更换为开菱形孔的钢板。

A’8E’8竖杆局部更换示意图

4 施工方案

主桁维修施工期间，为减小社会影响，应尽量保持车辆通行。综合考虑结构受力和车辆通行要求，对施工期是否设置外部临时支承进行了方案比选。

1）外部临时支承方案

考虑现场实际条件，有2种临时支承方案，一种设置临时墩，一种为采用履带吊临时提拉。

其中临时墩方案为在苏州河中设临时墩及支承横梁，在主桁E’7节点出设置临时支点。临时墩桩基础需布置在外白渡桥投影面外，并需与桥下的外滩隧道保持一定的距离。本方案施工期间汽车及人群荷载按设计荷载考虑，不作限制。

临时支承方案立面布置示意图

临时支承方案平面布置示意图

履带吊临时提拉方案为采用履带吊对主桁A’7节点施加向上的拉力，起临时支点的作用。履带吊设置在北苏州路上。本方案施工期间汽车及人群荷载按设计荷载考虑，不作限制。

履带吊方案立面布置示意图

履带吊平面布置示意图

2）无支承方案

该方案在施工过程中不设置外部临时支承，仅在东侧主桁与A’8E’8竖杆相邻的两个节间设置临时三角支撑，对主桁损伤部位起临时加强作用，临时三角支撑与斜杆、桥面之间顶紧，不采用焊接等连接措施。对桥上交通作一定限制：封闭东侧人行道和一条机动车道，保留西侧两条机动车道和人行道，机动车限载10t（公交车除外）。

临时三角支撑示意图

对两种方案施工过程受力进行了计算，临时支承方案和履带吊方案能明显减小上、下弦杆应力，而对于腹杆，由于结构体系改变，杆件应力增大、减小的情况都有。但不管是设置临时支撑但不限制荷载还是不设临时支撑但控制交通荷载的情况下，主桁杆件恒载+活载应力均小于容许值，都能满足规范要求。

临时支承方案、履带吊方案从桥梁承载能力的角度考虑可不限制交通，但铆钉钻孔、施铆必须在无机动车通行的状态下进行，需在夜间封交操作。东侧人行道为了提供铆钉施工操作空间，局部木人行道板和小纵梁需拆除，影响行人通行。主桁维修施工时，出于安全要求宜封闭临近的车道。且履带吊方案对北苏州路的交通有一定的影响。无支承方案要求维修施工过程中封闭东侧人行道和一条机动车道，保留两条机动车道，满足两个方向的通行要求，行人可从西侧人行道过桥，机动车限载10t（公交车除外）。

经综合比选，采用无支承方案，施工期间仅在主桁两个节间设临时三角支撑，不设外部支承。

5 结论

外白渡桥抢修自6月5日开始，6月24日结束，相关病害均得到较好处置，且施工过程中相关监测表明杆件受力均处于弹性状态，结构安全可控。

本桥整体修复过程结合杆件的受力及变形情况，采用不同的修复方案，以热矫正及局部更换结合的方法，使得杆件变形得到有效改善。通时通过对结构整体分析，提出限制通行荷载的无支撑修复方案，在保证结构安全的前提下降低抢修施工对既有交通的影响。通过本项目经验，可为类似项目提供经验。

参考文献：

[1]外白渡桥船移大修保护工程设计(上).岳贵平、黄慷、张春雷、陈诚.上海建设科技，2009，05，1—5,15.

[2]武汉长江大桥钢梁第4孔下弦杆严重撞伤后的修复设计[J].杨进.世界桥梁，1983,4：31—34.

[3]钢桁梁桥损伤杆件矫正施工技术[J].芦亮、彭思谦.世界桥梁，2018,46（02）：89—92.

[4]肇庆西江特大桥船撞事故后抢修及加固技术[J].陈锡民、曾智荣.桥梁建设，2017,47（02）：100—104.