非對稱外傾式鋼拱橋吊桿索力施工技術(shù)

朱仕耀

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣東 廣州 510640)

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非對稱外傾式鋼拱橋吊桿索力施工技術(shù)

朱仕耀

(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣東 廣州 510640)

在高空胎架原位拼裝施工工藝下，吊桿張拉與調(diào)整難度大，基于監(jiān)測測試數(shù)據(jù)與FEM理論值的對比，保證數(shù)值模型與實(shí)橋匹配，調(diào)整索力達(dá)到設(shè)計的合理成橋狀態(tài)。

索力；外傾式拱肋；施工監(jiān)控

異型拱橋[1]對先進(jìn)、高效、精準(zhǔn)的施工方法要求愈高，對施工監(jiān)控的理論分析、過程控制要求也愈嚴(yán)格。基于有限元分析，通過索力仿真計算，實(shí)施有效的監(jiān)控與分析，完成符合設(shè)計要求的成橋狀態(tài)。

一、工程概況

本橋橋型采用外傾式非對稱吊桿拱橋結(jié)構(gòu)，梁部為鋼箱梁。左側(cè)拱肋名義跨徑為75.5+155.5=231米，右側(cè)拱肋名義跨徑為55.5+175.5=231米，形成空間非對稱結(jié)構(gòu)全橋共設(shè)44根吊桿，間距為6m，其中左側(cè)拱肋設(shè)置20根，右側(cè)拱肋設(shè)置24根。

二、施工仿真

采用有限元軟件進(jìn)行模型建立與分析。鋼箱梁、拱肋使用梁單元模擬，吊桿、系桿采用僅受拉桁架單元模擬。全橋空間桿系模型共有1316個節(jié)點(diǎn)，1266個單元，92個施工階段。拱腳截面替換為換算截面，以擬合拱腳灌注混凝土后的力學(xué)特性。主拱拱腳在合攏后灌入微膨脹混凝土，全橋剛度分布發(fā)生變化，正確的剛度模擬對拱肋變形預(yù)測起到重要作用，通過組合截面及換算截面對截面特性的變化準(zhǔn)確模擬。箱梁施工過程由于施工工期緊張，考慮多段節(jié)段焊接時對梁端里程的影響，計算焊縫收縮引起的箱梁梁端里程的變化量。吊桿張拉階段，每一根吊桿的張拉對其余吊桿均產(chǎn)生不同程度的影響[2]，在有限元分析過程中，考慮每根吊桿的相互影響值，計算影響矩陣，以實(shí)際施工實(shí)測數(shù)據(jù)修正影響參數(shù)。

三、結(jié)果與分析

建立有限元模型模擬施工階段，計算得到不同張拉工況下，各吊桿索力的損失量與增量。通過數(shù)值處理，確定吊桿張拉順序。根據(jù)目標(biāo)索力以及張拉順序，計算各施工階段的張拉控制力。利用有限元模型模擬施工階段獲取每一個張拉工況影響值，在模型足夠精確的條件下，理論上是可行的。但模型的精細(xì)更新還需要進(jìn)行成熟的理論，大量的、精細(xì)的工作支持。同時，現(xiàn)場施工、張拉的不確定性也增加了仿真模擬的不確定性。吊桿二次調(diào)索過程中，距離較近的吊桿存在相互影響。建立有限元模型模擬施工階段，計算得到不同張拉工況下，各吊桿索力的損失量與增量。圖1表示完成二次調(diào)索后得到的索力分布情況?？梢钥闯?，基本上大部分吊桿維持在500kN，左右拱吊桿幾何布置以及索力同時不對稱分布，適應(yīng)橋型結(jié)構(gòu)的不對稱性。

圖1 全橋吊桿索力分布

四、結(jié)論

本文基于有限元模擬，計算二次調(diào)索階段吊桿的相互影響值，結(jié)合實(shí)測數(shù)值修正，通過反復(fù)調(diào)索達(dá)到目標(biāo)索力。但調(diào)索次數(shù)增加，需要優(yōu)化，進(jìn)一步工作需要有效考慮大變形、非線性以及施工參數(shù)不確定的影響，提高數(shù)值計算指導(dǎo)索力精確調(diào)整的效率。完成二次調(diào)索后，全橋線形平順、應(yīng)力分布也反映出結(jié)構(gòu)的非對稱性，索力的非對稱分布也適應(yīng)了全橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布。

[1]倪立群,林英,任淑琰.橋型設(shè)計探索_中承式蝶形雙曲拱橋[J].世界橋梁, 2006,4:7-9, 14.

[2]羅慧苓.蝴蝶拱橋發(fā)展概況與設(shè)計參數(shù)分析[J].福建建筑, 2016, 1:91-94.

朱仕耀(1992-)，男，漢族，海南人，碩士，華南理工大學(xué)，橋梁與隧道。