某斜拉橋索力設(shè)計要點分析

楊星蕊

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計院，河北 石家莊 050011）

斜拉橋的基本承載構(gòu)件由梁、塔和索三部分組成。從斜拉橋構(gòu)成特點可知，其由主梁、拉索、索塔及縱橫聯(lián)結(jié)系共同受力而形成空間結(jié)構(gòu)體系。因此，斜拉索拉索的索力設(shè)計是斜拉橋設(shè)計的主要部分。本文以印尼某斜拉橋的索力設(shè)計為例，對應(yīng)用“橋梁博士”軟件實現(xiàn)索力設(shè)計的要點進行探討。

1 工程實例概況

本橋主橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用塔墩固結(jié)、塔梁分離結(jié)構(gòu)，在塔墩處主梁下設(shè)置支座。主橋跨度為185m＋370m＋185m，邊跨／主跨＝0.5；主塔為A型橋塔，橋面以上部分高78.9m，主塔／主跨＝0.21。主梁采用肋板式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主梁高2.2m。

2 索力設(shè)計

本橋拉索采用雙索面形式，在主塔兩側(cè)各有17根拉索，呈扇形布置。在豎橋向橋塔上，拉索索距有1.5m和2m兩種，在順橋向主梁上的索距統(tǒng)一為10m。拉索與水平方向的夾角：左側(cè)為24.82°～68.15°，右側(cè)為21.598°～67.497°。該橋的斜拉索特性見表1。

表1 斜拉索特性匯總表

本橋為雙塔斜拉橋，主梁結(jié)構(gòu)為梁格體系，施工方法為在塔柱兩側(cè)用掛籃對稱逐段澆筑混凝土。根據(jù)該橋的構(gòu)造和施工特點，采用同濟大學(xué)編制的計算軟件“橋梁博士3.03版”建模并進行索力設(shè)計和計算（計算模型如圖1所示）。主梁、塔、墩為桿系單元，拉索為索單元。塔墩剛結(jié)，主塔處梁與墩豎、縱向鉸結(jié)，墩底固定，主梁兩端為滑動支承，全橋劃分424個節(jié)點，421個單元。

圖1 “橋梁博士”計算模型

對斜拉索由于自重垂度引起的非線性影響，根據(jù)美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范，用修正彈性模量EMOD表征，多次迭代計算由程序自動完成：

式中：E——拉索的彈性模量，MPa；

W——拉索的總重量，N；

A——拉索的橫截面積，mm2；

H1——拉索變形前的索力水平分量；

H2——拉索變形后的索力水平分量。

由于“橋梁博士”軟件在模擬施工階段的索力調(diào)整時，在拉索的張拉階段需要輸入一個初始的索力值，所以在設(shè)計中需要對該初始索力進行估算。該索力的計算方法有多種，例如剛性支撐連續(xù)梁法、零位移法等，但由于該斜拉橋為中等跨度雙塔三跨塔梁皆對稱的斜拉橋，根據(jù)工程經(jīng)驗采用了等效剛索柔梁法，即將梁的剛度減小100倍、索的剛度增大100倍的恒載作用下的索單元的軸力作為初始索力；“橋梁博士”軟件通過將主梁的彈性模量特征系數(shù)改為0.01、將索的彈性模量特征系數(shù)改為0.01來實現(xiàn)，并將由此方法計算得出的初始索力值作為“橋梁博士”施工階段拉索張拉的初始值。之后，用“橋梁博士”的調(diào)索模塊進行施工階段調(diào)索，將索力調(diào)到合適值，即在此索力下各施工階段及使用階段，主梁、主塔及拉索的應(yīng)力都滿足印尼規(guī)范的要求，主梁及主塔的位移也較小，在合理范圍內(nèi)，此索力即為設(shè)計初始索力，見表2。

表2 調(diào)索后的索力表

表2（續(xù)）

3 結(jié)語

斜拉橋的索力設(shè)計值受諸多因素影響，如邊跨與主跨之比、索塔高度、拉索傾角、斜拉索的間距等，在設(shè)計中應(yīng)盡量減小拉索的應(yīng)力變幅。用“橋梁博士”中的調(diào)索模塊進行索力設(shè)計，其優(yōu)勢是可以在用戶改變索力值的同時看到主梁的應(yīng)力變化，經(jīng)過多次調(diào)試使主梁的受力狀態(tài)達到設(shè)計者想要的水平，并經(jīng)過調(diào)索工具優(yōu)化后得到合適的設(shè)計索力。但值得注意的是，此模塊僅為方便調(diào)索的小工具，在程序中輸入合理的初始索力才是關(guān)鍵。該初始索力因橋梁構(gòu)造不同而有不同的計算方法（本文采用的是等效剛索柔梁法）。此外，使用調(diào)索模塊時，應(yīng)根據(jù)合理的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)調(diào)整索力，以得到合適的索力分布。斜拉橋全部拉索合理的索力分布對于結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力狀態(tài)很重要。

[1]劉士林，梁智濤.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]周孟波.斜拉橋手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]JTG/T D65—01—2007，公路斜拉橋?qū)嵤┘?xì)則[S].