基于單根影響矩陣的鋼管混凝土拱橋索力調(diào)整方法

吳昌霞 王龍林 王華 張磊

摘要：文章以一座凈跨為220 m的鋼管混凝土桁架式中承拱橋施工控制項(xiàng)目為依托，針對(duì)同一對(duì)吊桿上、下游索力偏差較大的情況，在常規(guī)影響矩陣的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的單根索力影響矩陣方法，并結(jié)合數(shù)值仿真理論和迭代算法，提出確定混凝土桁架式中承拱橋吊桿成橋索力調(diào)整方案的方法。該方法利用有限元數(shù)值模型計(jì)算單根吊桿張拉的影響矩陣，通過(guò)迭代算法，求解吊桿索力調(diào)整值;同時(shí)對(duì)依托工程的吊桿張拉索力調(diào)整方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)有限次的迭代運(yùn)算，可使最終的計(jì)算成橋吊桿索力與目標(biāo)索力的偏差達(dá)到5%以下，并通過(guò)實(shí)測(cè)成橋索力與設(shè)計(jì)值對(duì)比驗(yàn)證了該方法的可行性。結(jié)果表明，實(shí)測(cè)成橋索力與目標(biāo)成橋索力誤差滿(mǎn)足工程要求。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋;吊桿;影響矩陣;索力調(diào)整

With the construction control project of a CFST trusstype halfthrough arch bridge with a net span of 220 m，this article proposes an improved singlecable force influence matrix method on the basis of conventional influence matrix for the case of large deviation between the upstream and downstream cable force of the same pair of booms，then，combining the numerical simulation theory and iterative algorithm，it proposes a method to determine the cable force adjustment scheme for the completed bridge of concrete trusstype halfthrough arch bridge boom.This method uses the finite element numerical model to calculate the influence matrix of singleboom tension，and solves the cable force adjustment value of the boom by the iterative algorithm;meanwhile，it designs the suspension cable force adjustment scheme of this project，then，through the limited number of iterative operation，it can make the deviation between the cable force of final calculated completed bridge boom and the target cable force to less than 5%，and verifies the feasibility of this method by comparing the measured completed bridge cable force with the design value.The results show that the error between measured completed bridge cable force and the target completed bridge cable force meets the engineering requirements.

Concretefilled steel tubular arch bridge;Boom;Influence matrix;Cable force adjustment

0 引言

格子梁安裝是鋼管混凝土桁架式中承拱橋的關(guān)鍵施工工序之一。格子梁安裝一般采用預(yù)制節(jié)段拼裝的形式進(jìn)行，每安裝一個(gè)節(jié)段，同步進(jìn)行一對(duì)吊桿的掛索施工，并進(jìn)行相應(yīng)的吊桿張拉，直至全橋格子梁合龍。在實(shí)際的施工過(guò)程中，格子梁合攏后吊桿的索力狀態(tài)往往與設(shè)計(jì)的成橋索力狀態(tài)存在一定的偏差，并且同一對(duì)吊桿中上、下游的索力同樣存在偏差，需要對(duì)各吊桿進(jìn)行索力調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計(jì)成橋索力的狀態(tài)[1][2]。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)的成橋索力確定吊桿張拉過(guò)程中的索力調(diào)整方案是吊桿張拉施工的核心任務(wù)[3]。

由于鋼管混凝土桁架式中承拱橋的格子梁屬于柔性結(jié)構(gòu)，在分批進(jìn)行吊桿索力調(diào)整的張拉過(guò)程中，隨著結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力的重分布，各批次張拉的吊桿之間必然會(huì)存在相互影響[4]。鋼管混凝土桁架式中承拱橋的格子梁屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，單根吊桿索力的調(diào)整對(duì)其余吊桿索力的影響規(guī)律十分復(fù)雜，確定吊桿索力的調(diào)整方案變得十分困難[5]。通常借助數(shù)值仿真計(jì)算，結(jié)合影響矩陣的方法，利用當(dāng)前索力、目標(biāo)索力、由施工順序確定的影響矩陣、需調(diào)整的索力四者之間的確定性關(guān)系，來(lái)求解調(diào)整索力[6]。但是常規(guī)的影響矩陣方法是將一對(duì)吊桿作為整體來(lái)考慮的，而對(duì)于同一對(duì)吊桿中上、下游索力存在偏差的情況，采用常規(guī)的影響矩陣方法無(wú)法得到較為理想的調(diào)索方案。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以?xún)艨?20 m鋼管混凝土桁架式中承拱橋施工控制項(xiàng)目為依托，在常規(guī)影響矩陣方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行算法改進(jìn)研究，目的是為提出基于單根影響矩陣的鋼管混凝土拱橋索力調(diào)整方法，解決同一對(duì)吊桿中上、下游索力存在偏差的情況下，鋼管混凝土桁架式中承拱橋成橋索力調(diào)整方案的確定問(wèn)題，為此類(lèi)橋梁的吊桿張拉施工控制提供參考。

1 基于單根影響矩陣方法的鋼管混凝土拱橋吊桿索力調(diào)整方案確定方法

1.1 常規(guī)影響矩陣進(jìn)行吊桿成橋索力調(diào)整量的求解原理

3 結(jié)語(yǔ)

基于單根影響矩陣的鋼管混凝土拱橋吊桿索力調(diào)整方案確定方法可以方便快速地確定上下游存在索力偏差的吊桿索力調(diào)整方案，解出單根吊桿的索力調(diào)整值，所確定的計(jì)算成橋索力可以達(dá)到較高的精度。實(shí)際工程的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，實(shí)測(cè)成橋索力與設(shè)計(jì)成橋索力的偏差較小，滿(mǎn)足工程要求。本文方法可有效地應(yīng)用于吊桿索力調(diào)整工程中，并且具有較高的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]Liu Hanbing，Wang Longlin，Tan Guojin，et al.An adjusting method for the Suspender Force of continuous beam arch combination bridge based on Influence Matrix[J].Applied Mechanics and Materials，2013，vol.（275-277）：1082-1085.

[2]方 鴻，高 瓊.影響矩陣法在系桿拱橋施工調(diào)索中的應(yīng)用[J].中外公路，2014，34（6）：146-148.

[3]陳 敏，趙陽(yáng)陽(yáng).桁式組合拱橋拆橋施工雙影響矩陣法索力優(yōu)化研究[J].公路，2018，63（11）：136-140.

[4]高晨珂，金 輝，徐 岳.中下承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換的索力監(jiān)控[J].中外公路，2014，34（1）：190-193.

[5]姜俊杰，唐小兵，李 芬.軍都山斜拉渡槽換索施工控制及調(diào)索分析[J].中外公路，2017，37（5）：131-135.

[6]梁 棟，馬金龍，劉志強(qiáng)，等.拱、彎梁與索空間組合橋梁的成橋調(diào)索方法[J].公路交通科技，2016，33（8）：86-91，105.