基于Midas大跨度鋼箱拱橋吊桿索力控制分析

嚴亮

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京210014）

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋為中承式復式拱橋，跨徑布置為5+78+192+68+5=348m，橋梁主體結構包括主拱、副拱、主梁、橋墩、橋臺等，主拱、副拱、主梁均采用鋼結構，橋墩、橋臺采用混凝土結構。主拱為外傾結構，外傾73o，副拱為內傾結構，內傾45o，主梁為三跨連續(xù)體系，鋼箱梁主箱式部分為雙主梁形式，單側主梁采用單箱單室結構，兩箱室之間頂板連通，并在底板下設置聯(lián)系橫梁。主拱與主梁間設置17對吊桿，主拱與副拱間設置6對吊桿。橋梁施工流程如下：

上部結構施工主要包括鋼箱梁、鋼箱拱肋、吊桿和懸挑人行道安裝。鋼箱梁、鋼箱拱肋安裝采用支架法施工，待鋼箱梁和主、副拱安裝完成后，再安裝吊桿。先張拉主拱與副拱之間的吊桿，拆除副拱支架，再張拉主拱與主梁之間的吊桿，拆除主拱支架，再拆除主梁支架，最后吊裝懸挑人行道。主拱支架如圖1所示。

圖1 鋼箱拱安裝支架立面布置圖

2 施工仿真計算分析

2.1 計算分析模型

采用大型通用有限元軟件Midas/Civil建立大橋上部結構施工過程仿真計算分析模型，主梁根據其截面形式采用雙主梁、橫向通過橫隔板連接模擬計算，主梁、橫隔板、主拱和副拱均采用梁單元，吊桿采用只受拉單元，二期恒載以均布荷載施加考慮，主拱支架計算分析時采用兩種計算模型：主拱支架采用節(jié)點約束代替主拱支架，如圖2所示；建立主拱支架，如圖3所示[1]。

圖2 模型1—主拱支架采用節(jié)點約束代替主拱支架

圖3 模型2—建立主拱支架

2.2 理論計算對比分析

兩種模型計算得到的成橋索力值與設計成橋索力值的偏差對比見表1。由計算結果可知：主拱支架采用節(jié)點彈性支撐代替主拱支架計算得到的成橋索力值與設計成橋索力偏差在-15.3%～21.4%范圍；建立主拱支架計算得到的成橋索力值與設計成橋索力偏差值在-14.8%～10.9%范圍[2]。

表1 主拱與主梁間吊桿索力計算分析

2.3 實測結果分析

2.3.1 主拱變形分析

鋼主拱在吊桿張拉后，實測變形與理論變形對比見表2。由鋼主拱變形監(jiān)測結果可知：鋼主拱實測變形值更接近模型1的理論計算結果。

表2 主吊桿張拉完成后鋼主拱變形監(jiān)測結果

2.3.2 吊桿索力分析

索力測試采用振動頻率法，實測吊桿索的固有頻率，利用索的張力和固有頻率的關系計算索力，最終成橋狀態(tài)下吊桿實測索力見表3。由吊桿監(jiān)測結果可知：吊桿成橋實測索力分布均勻，與模型1計算成橋索力對比只有LZ02、LZ03、LZ15、LZ16這四根較短的吊桿索力偏差較大，超出10%；與模型2計算成橋索力對比，吊桿普遍索力偏差較大，超出10%。

表3 吊桿成橋實測索力與理論計算索力對比

表3 續(xù)表

3 結語

根據成橋后吊桿實測索力與理論計算索力對比結果，主拱支架按兩種情況計算分析得到的索力值均能較好地起到索力控制作用，通過計算確定合理的吊桿張拉順序和張拉力，能夠較好地對成橋索力起到預判作用，確保了橋梁最終成橋索力達到設計要求。

通過主拱支架采用節(jié)點彈性支撐代替主拱支架和建立主拱支架兩種計算方法對比可知，對于臨時支撐結構比較多的情況，采用合理的節(jié)點約束條件來代替計算，可以有效地減小計算分析工作量，同時也能滿足施工控制作用，其方法可以為廣大工程人員所借鑒。