斜拉橋換索模擬研究

秦詞峰 高建博

(1.中交集團第二航務工程局，湖北武漢 430000; 2.武漢理工大學，湖北武漢 430070)

斜拉橋換索模擬研究

秦詞峰1高建博2

(1.中交集團第二航務工程局，湖北武漢 430000; 2.武漢理工大學，湖北武漢 430070)

介紹了無應力狀態法在橋梁換索中的優勢，并以無應力狀態控制法作為指導思想，對斜拉橋換索施工進行了分析，指出將無應力狀態量作為控制量進行換索施工，達到了方便施工的效果。

無應力狀態法，斜拉橋，換索施工，索力值

0 引言

當今社會，隨著斜拉橋越來越多的投入使用，斜拉索的更換也成為了一個橋梁領域非常熱門的話題及研究方向，針對于這種情況，探索新的斜拉橋換索施工技術就顯得尤為關鍵了。

1 無應力狀態法在換索中的優勢

1)無應力狀態法在計算結構安裝過程時，因為只需要進行正裝計算，所以相比較于倒拆分析法在倒退分析之后還要進行一輪的正裝計算而言，計算量減少了1/2。并且，無應力狀態量作為一個穩定的固有量相比較于倒拆分析法中需要計算每個過程的內力和位移再進行迭代這種方法，錯誤率也更低，應變能力更強［1］。2)無應力狀態法可以保證施工過程的例如混凝土的澆筑等工序與索力調整的同步作業［2］。3)無應力狀態法是以無應力長度差作為調索的單位，在操作過程中，可以更精確地進行施工過程中的調整，自由度更大。若以索力作為調整的基礎量，還需考慮一根索的索力調整時對其他索的影響，這種傳統的方法在施工過程中往往會導致很多錯誤的產生［3］。

2 實際模擬

2.1 成橋概況

以武漢市某橋為例，本橋采用MIDAS/Civil建立斜拉橋模擬換索設計模型，模型中，最主要的為索單元，而主梁和主塔則采用梁單元進行模擬，橋塔根據拉索的錨固點位置來劃分單元，在主梁的單元劃分和節點位置設置上，對于每個拉索的錨固點位置都設置相應的節點。

全橋離散為373個節點，360個單元。成橋狀態結構初步計算簡圖如圖1所示。

由于成橋本身并沒有投入使用多久，所以對此橋的模擬需要通過改變斜拉索的初始索力來模擬斜拉橋運行多年而產生的各種斜拉索病害帶來的對索力值的影響。

通過多次的迭代，得出了一個相對來說比較合理的斜拉索病害模擬的索力值。

圖1 結構計算簡圖

2.2 無應力長度的計算

無應力長度:結構體系內任意構件單元，受荷載變形后單元兩節點之間的幾何距離就是單元有應力時的長度。假設卸除該單元的軸向力，單元軸向變形恢復，此時單元上兩節點的幾何距離定義為單元的無應力長度。

圖2 無應力長度計算圖

如圖2所示，單元兩節點i，j的坐標為(xi，yi)和(xj，yj)兩節點變位為(ui，vi)和(uj，vj)。

根據上述公式，結合該橋的具體參數，得出了所有的斜拉索無應力索長。并根據求得的無應力索長值作為控制量，將無應力索長代入模型中驗算，求得該成橋在換索后的理論成橋索力，并與結構在斜拉索模擬病害前的成橋索力進行對比可得表1。

表1 通過無應力法求得的索力值與原值比較

根據表1可以發現，通過無應力狀態控制法求得的斜拉橋索力值與原橋完好狀態下的索力值幾乎相等，故可以說明，以無應力索長作為控制量的換索工程無論是在計算還是在施工過程，都有著得天獨厚的優勢。

3 換索施工過程

斜拉橋換索主要分為對原有的斜拉索進行放張、拆除，然后安裝新的斜拉索，最后進行全橋的索力調整。而無應力狀態法在換索的過程中，它的價值也主要體現在斜拉索的新索安裝過程中。

由于舊索的放張和拆除與傳統方法一致，這里就不作詳細說明了。

新索安裝。由于斜拉索是以無應力索長作為最后張拉到位的判定條件，所以對于無應力索長的確定，也是施工中的一大重點。根據前期的模型計算，不難算出每一根斜拉索的無應力索長量，但是在具體的施工中，需要保證，在斜拉索的張拉過程中，張拉至成橋目標狀態下的無應力索長值。

體現在具體的施工步驟中，主要包括:張拉是在塔端進行，在張拉的過程中不需要滿足一步到位，但張拉的過程最好保持對稱進行，即同時張拉的兩根索是塔兩端對稱的斜拉索，根據無應力狀態法的理論分析，由于無應力長度并不與施工過程等相關，所以，在張拉的過程中，可以同時進行其他的加固等施工。

斜拉索的張拉分5級張拉，唯最后一級的張拉，將斜拉索張拉至成橋目標狀態下的無應力長度，并且由于無應力長度與索力是一一對應的關系，在最后一級張拉時同時滿足無應力索長以及相對應的斜拉索的索力，即可滿足斜拉索的最后換索任務［4］。

根據無應力狀態法，由于每一根的索已經達到了成橋目標的無應力狀態量，所以不需再對斜拉索的索力進行調整，只需最后測量所有的成橋索力，再與原設計值進行對比即可。

4 結語

從模擬以及現有的換索施工中發現，應用于斜拉橋換索施工中的無應力狀態法有著天然的適用性，在換索過程中，以無應力索長作為控制量可以保證與其他工序的同步進行，并且在發生施工錯誤，發現誤差時，可以較為快捷的處理，不需像傳統的工藝那樣需要對之前所有的斜拉索進行再一次的倒拆分析計算，為施工省去了許多不必要的麻煩，節約了許多時間。并且在索力調整時可以不必像之前那樣，對每一根索進行重新調整。

［1］秦順全.橋梁施工控制——無應力狀態法理論與實踐［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］黃曉航，高宗余.無應力狀態控制法綜述［J］.橋梁建設，2010 (1):71-74.

［3］秦順全.分階段施工橋梁的無應力狀態控制法［J］.橋梁建設，2008(1):8-14.

［4］中鐵大橋局武漢橋梁特種技術有限公司.重慶市涪陵長江大橋技術改造工程施工總結［Z］.2013.

Study on cable replacement simulation of cable-stayed bridge

Qin Cifeng1Gao Jianbo2
(1.CCCC Second Harbor Engineering Bureau，Wuhan 430000，China; 2.Wuhan University of Technology＆Science，Wuhan 430070，China)

The paper introduces advantages of stress-free status mehtod in the bridge cable replacement，takes stress-free status method as the guiding idea，analyzes the cable replacement construction of cable-stayed bridge，and takes stress-free status quantity as the control quantity for cable replacement construction，and finally achieves the convenient construction effect.

stress-free status method，cable-stayed bridge，cable replacement construction，cable force value

U445

:A

1009-6825(2016)36-0181-02

2016-10-19

秦詞峰(1974-)，男，高級工程師; 高建博(1992-)，男，在讀碩士