系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優(yōu)化

張全洋

(石家莊鐵道大學(xué) 河北 石家莊 050010)

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系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優(yōu)化

張全洋

(石家莊鐵道大學(xué) 河北 石家莊 050010)

針對(duì)系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優(yōu)化，提出了差值迭代法和未知荷載系數(shù)法兩種計(jì)算方法。以差值迭代法確定吊桿的初始張拉力，以未知荷載系數(shù)法進(jìn)行索力優(yōu)化。吊桿張拉力用Midas/Civil中的初拉力荷載進(jìn)行模擬。差值迭代法是以成橋時(shí)的吊桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值為目標(biāo)進(jìn)行迭代確定吊桿初拉力值的大??；未知荷載系數(shù)法是針對(duì)實(shí)際施工中成橋時(shí)的吊桿內(nèi)力與設(shè)計(jì)值存在偏差，以設(shè)計(jì)值為目標(biāo)，確定索力調(diào)整值的大小。兩種方法的結(jié)合，不但使調(diào)索過程清晰明確，還能保證調(diào)索精度，為同類橋梁施工提供參考。

系桿拱橋;索力;未知荷載系數(shù)法

一、工程背景

南堡跨世紀(jì)路特大橋(見圖1)，系梁全長82.5m，計(jì)算跨徑80m，頂板寬17.2m，底板寬14.8m，梁高2.5m。拱肋計(jì)算跨度為80m，矢跨比1/5，立面投影矢高15.844m，拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土截面，截面高度h=2.5m，鋼管直徑為1.0m。吊桿垂直拱弦線平行布置，間距5m，共13對(duì)，橫向內(nèi)傾8度。

圖1 拱橋立面圖(單位：cm)

二、差值迭代法確定吊桿張拉力

(1)

式中，n為迭代次數(shù)。

具體迭代過程如表1所示：

表1 差值迭代法計(jì)算吊桿張拉力

三、吊桿索力優(yōu)化

在施工過程中由于各種因素的影響，總會(huì)使得成橋后得吊桿內(nèi)力與設(shè)計(jì)值之間存在偏差，這就需要調(diào)索。在調(diào)索之前，需要根據(jù)設(shè)計(jì)給定的張拉順序和成橋吊桿內(nèi)力，進(jìn)行施工過程計(jì)算，得到每根吊桿需要調(diào)整的索力值，以確保吊桿調(diào)索完成后，吊桿內(nèi)力能夠符合設(shè)計(jì)要求。以本橋成橋時(shí)(二期恒載后)的吊桿內(nèi)力為例進(jìn)行說明，調(diào)索選用Midas/Civil中未知荷載系數(shù)功能，具體操作步驟如下：

(1)建立分析模型，定義正裝施工階段，在二期恒載后定義調(diào)索階段(只激活單位索力，取單位索力為10kN)，此階段不能激活其他結(jié)構(gòu)、荷載和邊界條件，否則會(huì)影響未知荷載系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

(2)在施工階段分析控制數(shù)據(jù)中，選擇體外力添加，這樣求解出來的未知荷載系數(shù)乘上單位力得到的張拉力作為補(bǔ)張力施加。

(3)分析完成之后，在結(jié)果里面添加未知荷載系數(shù)組并定義約束條件，本文以成橋后吊桿設(shè)計(jì)索力值作為約束條件，進(jìn)行求解。

(4)求解未知系數(shù)，求出所需的補(bǔ)張力施加到模型中，計(jì)算出的成橋吊桿力與設(shè)計(jì)吊桿力進(jìn)行對(duì)比，查看其是否滿足精度要求。

未知荷載系數(shù)法求解過程中的影響矩陣如表2所示，通過該矩陣可知：各吊桿進(jìn)行補(bǔ)張時(shí)，其余吊桿索力的變化情況，能夠清晰的分析出各調(diào)索階段下每根索力的大小，為施工監(jiān)控中的索力調(diào)整提供可靠地理論依據(jù)。

表2 未知荷載系數(shù)法所依據(jù)的影響矩陣

由表2求得的荷載系數(shù)可得各吊桿需要補(bǔ)張的索力值，將該索力值施加到施工模型中，得到調(diào)索前后吊桿內(nèi)力和設(shè)計(jì)吊桿內(nèi)力對(duì)比見表3。

表3 調(diào)索前后吊桿內(nèi)力對(duì)比表

四、小結(jié)

由表1可以看出，通過一次迭代就得到了滿足精度要求的吊桿張拉力，使得吊桿索力精度保證在2.48%以內(nèi)，可見差值迭代法的計(jì)算效率很高。鑒于實(shí)際施工中成橋時(shí)的吊桿內(nèi)力值和設(shè)計(jì)值存在偏差，采用未知荷載系數(shù)法計(jì)算所得的補(bǔ)張力進(jìn)行調(diào)索，得到的吊桿內(nèi)力值與設(shè)計(jì)內(nèi)力值非常吻合，達(dá)到了快速高效的目的。

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