系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優化

張全洋

(石家莊鐵道大學 河北 石家莊 050010)

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系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優化

張全洋

(石家莊鐵道大學 河北 石家莊 050010)

針對系桿拱橋吊桿張拉力的確定與索力優化，提出了差值迭代法和未知荷載系數法兩種計算方法。以差值迭代法確定吊桿的初始張拉力，以未知荷載系數法進行索力優化。吊桿張拉力用Midas/Civil中的初拉力荷載進行模擬。差值迭代法是以成橋時的吊桿內力設計值為目標進行迭代確定吊桿初拉力值的大小；未知荷載系數法是針對實際施工中成橋時的吊桿內力與設計值存在偏差，以設計值為目標，確定索力調整值的大小。兩種方法的結合，不但使調索過程清晰明確，還能保證調索精度，為同類橋梁施工提供參考。

系桿拱橋;索力;未知荷載系數法

一、工程背景

南堡跨世紀路特大橋(見圖1)，系梁全長82.5m，計算跨徑80m，頂板寬17.2m，底板寬14.8m，梁高2.5m。拱肋計算跨度為80m，矢跨比1/5，立面投影矢高15.844m，拱肋采用啞鈴形鋼管混凝土截面，截面高度h=2.5m，鋼管直徑為1.0m。吊桿垂直拱弦線平行布置，間距5m，共13對，橫向內傾8度。

圖1 拱橋立面圖(單位：cm)

二、差值迭代法確定吊桿張拉力

(1)

式中，n為迭代次數。

具體迭代過程如表1所示：

表1 差值迭代法計算吊桿張拉力

三、吊桿索力優化

在施工過程中由于各種因素的影響，總會使得成橋后得吊桿內力與設計值之間存在偏差，這就需要調索。在調索之前，需要根據設計給定的張拉順序和成橋吊桿內力，進行施工過程計算，得到每根吊桿需要調整的索力值，以確保吊桿調索完成后，吊桿內力能夠符合設計要求。以本橋成橋時(二期恒載后)的吊桿內力為例進行說明，調索選用Midas/Civil中未知荷載系數功能，具體操作步驟如下：

(1)建立分析模型，定義正裝施工階段，在二期恒載后定義調索階段(只激活單位索力，取單位索力為10kN)，此階段不能激活其他結構、荷載和邊界條件，否則會影響未知荷載系數的計算結果。

(2)在施工階段分析控制數據中，選擇體外力添加，這樣求解出來的未知荷載系數乘上單位力得到的張拉力作為補張力施加。

(3)分析完成之后，在結果里面添加未知荷載系數組并定義約束條件，本文以成橋后吊桿設計索力值作為約束條件，進行求解。

(4)求解未知系數，求出所需的補張力施加到模型中，計算出的成橋吊桿力與設計吊桿力進行對比，查看其是否滿足精度要求。

未知荷載系數法求解過程中的影響矩陣如表2所示，通過該矩陣可知：各吊桿進行補張時，其余吊桿索力的變化情況，能夠清晰的分析出各調索階段下每根索力的大小，為施工監控中的索力調整提供可靠地理論依據。

表2 未知荷載系數法所依據的影響矩陣

由表2求得的荷載系數可得各吊桿需要補張的索力值，將該索力值施加到施工模型中，得到調索前后吊桿內力和設計吊桿內力對比見表3。

表3 調索前后吊桿內力對比表

四、小結

由表1可以看出，通過一次迭代就得到了滿足精度要求的吊桿張拉力，使得吊桿索力精度保證在2.48%以內，可見差值迭代法的計算效率很高。鑒于實際施工中成橋時的吊桿內力值和設計值存在偏差，采用未知荷載系數法計算所得的補張力進行調索，得到的吊桿內力值與設計內力值非常吻合，達到了快速高效的目的。

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