吊桿張拉順序?qū)Υ罂缍裙皹蛄W(xué)性能的影響研究

關(guān)鍵詞：大跨度鋼箱拱；吊桿張拉；有限元方法；位移及受力；方案對比中圖分類號：U448.22 文獻標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.031文章編號：1673-4874（2025）03-0108-03

0 引言

大跨度鋼箱系桿拱橋1-4作為一種獨特的拱橋橋梁結(jié)構(gòu)形式，因其優(yōu)美的造型和良好的受力性能而在城市橋梁設(shè)計中備受青睞。該類橋梁的主要構(gòu)造包括主拱、副拱、風(fēng)撐、橋面、吊桿、橫梁、系桿等，其中吊桿作為關(guān)鍵的傳力構(gòu)件，其張拉順序和力學(xué)性能對橋梁的整體受力狀態(tài)和安全性能具有重要影響。在拱橋的施工過程中，吊桿的張拉順序是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。合理的張拉順序不僅能夠確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，還能優(yōu)化橋梁的受力狀態(tài)，提高橋梁的承載能力。常見的吊桿張拉順序有從拱腳向跨中對稱張拉、由跨中向拱腳對稱張拉以及由四分點對稱張拉等。不同的張拉順序會對橋梁的力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響，如吊桿內(nèi)力分布、拱腳水平推力、拱圈彎矩等。

綜上所述，拱橋吊桿張拉順序及力學(xué)性能對比研究對于確保橋梁的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。為了深入研究拱橋吊桿張拉順序[5-對力學(xué)性能的影響，本文將對不同張拉順序下的橋梁受力狀態(tài)進行對比分析，探討不同張拉順序下吊桿內(nèi)力的變化、主梁位移和受力情況，以及橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。本文旨在通過深入的理論分析和實證研究，為拱橋的設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，推動橋梁工程技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新。

工程概況

本文以某跨河橋梁為研究對象。該橋梁跨徑布置為單跨120m鋼箱系桿拱橋，橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為：3.0m非機動車道 ÷1.5 m拱圈（綠化帶） +0.5 m護欄 +8.25 m行車道 +1m 中分帶 +8.25m 行車道 +0.5m 護欄 +1.5m 拱圈（綠化帶） +3.0 m非機動車道，全寬27. 5m. 。拱圈截面為矩形鋼箱結(jié)構(gòu)，拱圈軸線為二次拋物線形，橋面系采用正交異性橋面板鋼結(jié)構(gòu)，橋梁荷載采用城市一A級，吊桿索體采用1860級 ?15.2mm 無黏結(jié)環(huán)氧噴涂鋼絞線外擠PE成品索結(jié)構(gòu)，間距為7 m₀ 橋梁立面布置圖如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

2 吊桿張拉順序分析

吊桿作為大跨度拱橋的重要受力構(gòu)件，成橋階段吊桿張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力起到至關(guān)重要的作用，目標(biāo)索力與成橋階段的理論受力是否吻合，是通過吊桿的不同批次張拉來實現(xiàn)的[7-12]。本文以實際工程橋梁為案例進行研究，探討不同張拉順序下吊桿內(nèi)力的變化、主梁位移和受力情況，分析不同批次吊桿張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力及線形變化，主要分為吊桿對稱張拉及對稱交替張拉為基本原則方案。吊桿的布置如圖3所示。

結(jié)合吊桿布置，本次模擬吊桿的張拉順序采用五種方案，方案描述如下所示：

方案一：采用對稱的張拉方式，吊桿張拉的順序為拱腳到拱圈頂部，吊桿次序為 N1N2N3N4N5 NE～N7 。

方案二：采用對稱的張拉方式，吊桿張拉的順序為拱圈頂部到拱腳，吊桿次序為 Ngt;2N6gt;N5gt;N4gt;NBgt; NDN1 。

方案三：采用交替張拉的方式，吊桿張拉的順序為拱腳到拱圈頂部，吊桿次序為 N1N3N5N7N2 N4→N6。

方案四：采用交替張拉的方式，吊桿張拉的順序為拱圈頂部到拱腳，吊桿次序為 N/N/N/3N/N/6 N₄N₂ 。

方案五：采用交替張拉的方式，吊桿張拉的順序由1/4拱開始，依次左右張拉至拱圈頂部及拱腳，吊桿次序為 NH-2NB-NE2N2-NE2N2-N17NP

3計算結(jié)果

該實際工程拱橋吊桿張拉計算模型采用橋梁有限元軟件MidasCivil進行模擬，其中拱圈、風(fēng)撐、鋼系桿、橋面系均采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。橋梁有限軟計算模型如圖4所示。

3.1拱圈及鋼縱梁位移分析

結(jié)合拱橋不同吊桿張拉順序，以成橋階段結(jié)果為目標(biāo)，以吊桿與拱圈及鋼系梁交叉點位移作為分析數(shù)據(jù)，對比不同吊桿張拉順序下拱圈及鋼縱梁的位移情況，計算結(jié)果分別如圖5、圖6所示。

分析圖5、圖6可知，拱橋在成橋狀態(tài)下，針對不同吊桿張拉方式下拱圈及系梁的位移分析如下：不同吊桿張拉順序下對拱圈及鋼縱梁的豎向位移影響均相對較小。當(dāng)采用方案一時，拱圈拱頂?shù)呢Q向位移為49. 62mm ，拱腳的豎向位移為6.35mm，跨中位置處鋼縱梁豎向位移為 34.29mm ，靠近拱腳位置處鋼縱梁豎向位移為6. 35mm ；當(dāng)采用方案五時，拱圈拱頂?shù)呢Q向位移為51. 17mm ，拱腳的豎向位移為4 .78mm ，跨中位置處鋼縱

梁豎向位移為32.67mm，靠近拱腳位置處鋼縱梁豎向位移為4. 63mm 。其中拱圈頂部位移增大3. 12% ，拱腳的位移減小 24.7% ，鋼縱梁跨中豎向位移減小 4.72% ，靠近拱腳位置鋼縱梁豎向位移減小27. 09% 。

進一步分析可知，當(dāng)采用不同吊桿張拉順序進行施工時，對拱圈及鋼縱梁的主要豎向位移影響較小，主要是因為拱圈吊桿張拉力未發(fā)生變化，恒載作用下，拱橋拱圈的主要構(gòu)件受恒載變化較小，故對位移引起的變化相對較小。

3.2拱圈及鋼縱梁受力分析

結(jié)合拱橋不同吊桿張拉順序，以成橋階段結(jié)果為目標(biāo)，以吊桿與拱圈及鋼系梁交叉點位置彎矩和應(yīng)力作為分析數(shù)據(jù)，對比不同吊桿張拉順序拱圈及鋼縱梁的受力情況，計算結(jié)果如圖7和圖8所示。

由圖7可知，拱橋在成橋狀態(tài)下，針對不同吊桿張拉方式下拱圈的彎矩分析如下：不同吊桿張拉順序下對拱圈豎向彎矩有一定影響，但基本呈線性變化。當(dāng)采用方案一時，拱圈N1吊桿位置彎矩為 吊桿位置彎矩為1859.69KN·m；當(dāng)采用方案二時，拱圈N1吊桿位置彎矩為-600.70KN·m，N7吊桿位置彎矩為2004.18kN·m；當(dāng)采用方案三時，拱圈N1吊桿位置彎矩為-693.88kN·m，N7吊桿位置彎矩為1898.31kN·m；當(dāng)采用方案四時，拱圈N1吊桿位置彎矩為 吊桿位置彎矩為1986.37kN·m；當(dāng)采用方案五時，拱圈N1吊桿位置彎矩為-1422.34×N?m，N7 吊桿位置彎矩為1948.50kN·m。

由圖8可知，拱橋在成橋狀態(tài)下，針對不同吊桿張拉方式下鋼縱梁的彎矩分析如下：不同吊桿張拉順序下對鋼縱梁的豎向彎矩有一定影響，但基本呈線性變化。當(dāng)采用方案一時，鋼縱梁N1吊桿位置彎矩為271.90KN·m，N7吊桿位置彎矩為 ；當(dāng)采用方案二時，鋼縱梁N1吊桿位置彎矩為 176.2×N?m，ND 吊桿位置彎矩為-892.69KN·m；當(dāng)采用方案三時，鋼縱梁N1吊桿位置彎矩為246.388kN·m，N7吊桿位置彎矩為-811.97kN?m ；當(dāng)采用方案四時，鋼縱梁N1吊桿位置彎矩為 -219.28kN?m，N 7吊桿位置彎矩為-881.22KN·m；當(dāng)采用方案五時，鋼縱梁N1吊桿位置彎矩為868.13kN·m，N7吊桿位置彎矩為－817.62kN·m。

經(jīng)對比分析可知，當(dāng)采用方案二時，靠近拱腳位置處拱圈及鋼縱梁彎矩最小，當(dāng)采用方案五時，靠近拱腳位置處拱圈及鋼縱梁彎矩最大；當(dāng)采用方案一時，跨中拱圈及鋼縱梁彎矩最??；當(dāng)采用方案二時，跨中拱圈及鋼縱梁最大。

3.3成橋階段吊桿受力分析

為考察不同吊桿張拉順序下，成橋階段吊桿的內(nèi)力如表1所示。

由表1可知，五種吊桿張拉順序下，成橋階段吊桿力基本上呈現(xiàn)線性變化，說明吊桿張拉次序?qū)Τ蓸螂A段吊桿的內(nèi)力影響相對較小。

綜合以上分析，本橋采用方案二為最終張拉方案。

4結(jié)語

本文針對支架原位拼裝的大跨度鋼箱系桿拱橋的吊桿張拉方案，本文提出了5種張拉思路，即采用對稱張拉、交替張拉及1/4位置對稱交替張拉等方案，通過有限元軟件進行數(shù)值仿真分析，對比5種方案下拱圈、鋼縱梁位移和內(nèi)力的影響以及拱橋吊桿內(nèi)力分析，最終采用方案二為實際吊桿張拉方案。實際施工時，拱橋的拱肋及鋼縱梁位移及彎矩，吊桿內(nèi)力均保持了較好的線性變化，有效地保證了拱橋施工過程中的安全。 °ledast

參考文獻

[1李國普，李斐然.大跨度連續(xù)下承式鋼箱拱橋設(shè)計J」世界橋梁，2016，44（2）：12-15，36.

[2]李龍，梁長海，周偉明，等.小邊跨梁拱組合體系橋梁結(jié)構(gòu)性能分析與成橋荷載試驗驗證[J].公路，2019，64（4）：151-155.

[3]李龍，周偉明，梁長海，等.小邊跨梁拱組合體系橋梁靜動力荷載試驗與結(jié)構(gòu)評定分析[J].鐵道建筑，2018，58（10）：10-13

[4]王偉，唐茂林，趙世超，等.濟南齊魯黃河大橋網(wǎng)狀吊桿系桿拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)[J.世界橋梁，2024，52（4）：22-28.

[5]韓保勤.鋼管混凝土拱橋吊桿張拉方案的比選[J].橋梁建設(shè)，2015，45（1）：114-119

[6]陳強，黎曙文，瞿國召，等.滁河特大橋吊桿張拉控制力計算[J]橋梁建設(shè)，2011（6）：62-66，81.

[7]潘桂梅.索力調(diào)整中影響矩陣在MIDAS/CIVIL中的實現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（27）：6763-6766

[8]韓書臣.渭河大橋吊桿施工技術(shù)[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，2007（2）：124-126.

[9孫遠，徐棟.基于空間梁格模型的異形斜拉橋體系轉(zhuǎn)換施工模擬[J].中國公路學(xué)報，2010，23（1）：66-72

[10]虞建成，邵容光，王小林.系桿拱橋吊桿初始張拉力及施工控制[J].東南大學(xué)學(xué)報，1998（3）：112-116

[11傅金龍，黃天立.鋼管混凝土拱橋吊桿張拉方案優(yōu)化研究LJ」.橋梁建設(shè)，2016，46（4）：67-72.

[12韋偉.拱梁組合體系吊桿張拉受力行為的分析及優(yōu)化_D」.廣州：廣州大學(xué)，2012.