換索施工順序和換索數目對梁塔內力的影響分析

郭 如 炯

(中海(海南)海盛船務股份有限公司，海南 海口 570125)

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換索施工順序和換索數目對梁塔內力的影響分析

郭 如 炯

(中海(海南)海盛船務股份有限公司，海南 海口 570125)

結合某橋梁的工程概況，建立了橋梁平面桿系模型并進行模擬計算，將理論計算和實踐測量相結合，分析了換索施工順序和換索數目的不同對梁塔內力的影響，給出了中小跨徑斜拉橋換索的最佳施工順序和換索數目。

平面桿系，梁塔內力，換索施工，換索數目

對復雜的超靜定斜拉橋結構而言，在換索施工控制中存在的不確定影響因素較多，為使換索順利、安全進行，應對斜拉橋換索施工控制進行詳細的分析研究。根據文中所提斜拉橋已有資料，并借助同濟大學橋梁博士(V3.0版)進行該橋模型的建立，從換索施工工序、拉索數目不同變化來進行分析、計算，分析不同工序下主梁和索塔的內力影響，給出有利的施工工序，為類似的斜拉橋換索施工控制提供參考[1]。

1 工程概況

該橋為三跨連續、雙塔對稱布置的斜拉橋，索塔為雙塔雙索面、門式框架形式，橋跨形式為70 m+144 m+70 m=284 m，橋面形式為凈—(7+2×0.75)m人行道；拉索為扇形布置，且每根主塔對應7對拉索，從上往下的5對斜拉索，由2股拉索組成一組；其余靠下的2對斜拉索是單股形式，故全橋拉索為5×2×8+4×4=96股(為方便索塔上同一位置處的4股拉索交叉固定，兩股拉索在邊跨左右布置，中跨上下布置)。圖1為1/2側拉索的編號，另外一側與之對稱布置，采用N編號。

2 理論模擬換索施工的研究分析

2.1 換索施工控制計算模型

借助同濟大學橋梁博士(V3.0版)進行模型的建立、計算和研究分析，該模型的有限元理論依托平面桿系法，看作離散的簡化單元組成的集合體，共有468個單元；主塔采用平面梁單元，橫向為全截面形式，拉索采用考慮垂度的換算彈性模量的索單元，橫隔梁和掛籃均采用集中力方式；邊界條件為橋臺、墩處主梁豎向位移約束，主塔在承臺處固結[2]。模型為一次成橋并輸入初始索力的模型，看作初始狀態，每個施工階段對應不同的換索步驟。在施工工序中，拆除某索單元，并將索力值設置為0，即為拆索，模型的受力體系在此過程不發生改變；安裝某索單元，并給一索力設計張拉值，即為裝新索過程[3]。橋梁離散圖如圖2所示。

2.2 換索施工順序對主塔

該橋在實際換索施工中，采用逐塔換索，拆除索數目以2根、4根為宜，上、下游同時進行，依據從外到內、先長索后短索的原理，實踐表明上述工序是安全有保證的。為進行對比分析、研究換索工序的不同對主塔內力的影響，以下面2種工序進行建模分析，并對主梁應力進行分析研究[4]。

工序1：模型依據縱橋向從外到內、先長索后短索的順序進行計算拆除、更換拉索；工序2：模型依據縱橋向從內到外、先短索后長索的順序進行計算拆除、更換拉索[5]。

1)主梁應力變化分析。依據上述2種工序下的模型，提取相應數據可知：在更換M側拉索時，主梁應力變化程度最大，對工序1來說最大施工階段為更換M10-1，M9-1，M10-3和M9-3號索，對工序2來說為更換N8-2，N7-2，N8-4和N7-4號索，上下翼緣應力在2種工序中改變幅度最大的施工階段對比圖如圖3，圖4所示。

從圖3，圖4可以看出，進行拆除、安裝拉索位置附近處的主梁截面較其他位置，其應力變化量較大。從圖中應力曲線峰值可以看出，工序2模擬計算下的應力峰值較小，對主梁造成的應力變化破壞也小，故適宜采用工序2。

在更換N側拉索時，主梁應力變化程度最大，對工序1來說最大施工階段為更換N12-1，N11-1，N12-3和N11-3號索，對工序2來說為更換N12-2，N11-2，N12-4和N11-4號索，上下翼緣應力在2種工序中改變幅度最大的施工階段對比圖如圖5，圖6所示。

同理，從圖5，圖6可以看出，進行拆除、安裝拉索位置附近處的主梁截面較其他位置，其應力變化量較大。從圖中應力曲線峰值可以看出，兩者應力變化曲線都較均勻，工序1，2均可適用。

綜述，不同的換索施工順序會對主梁產生一定程度的影響，應力變化較大出現在換索施工階段；通過上述分析可知，M側換索適宜采用工序2，N側換索兩者皆可。

2)索塔應力影響分析。在拉索的整個施工過程中，索塔會出現偏位，索塔內力也會改變。經模型計算，在M側更換施工時，M14-3和M13-3號索的施工產生的內力變化最大，截面應力變化量在不同截面位置變化對比圖如圖7，圖8所示。

從圖7，圖8可以看出，不同截面位置處的索塔應力變化量不同，從塔頂向塔根遞增。對比計算數據可知，在卸索時，工序1，2情況下的M，N塔根應力變化較大；工序2在整個施工過程中的應力變化量值相近，而工序1的變化幅度較大，對索塔產生的破壞也較大，所以選用工序2對索塔受力比較有利。

在N側更換施工時，同樣在M14-3和M13-3號索的施工產生的內力變化最大，截面應力變化量在不同截面位置變化對比圖如圖9，圖10所示。

從圖9，圖10可以看出，工序1，2在更換N側斜拉索時，索塔的應力變化量曲線相同，而且也是在塔根處索塔應力變化量最大，M側塔應力相對變化較大，但兩者相差不大；故在N側更換斜拉索時，工序1，2均可以。

綜述，采用不同的施工工序索塔應力發生較大的影響變化，從模型分析可知，工序2情況下主梁和索塔應力變化均勻，且變化較小，能保證換索的安全性和合理性，工序2較優。

3 結語

在拉索的更換中，采用逐塔換索，依據從外到內、先長索后短索的原理(即工序2)，對梁塔和主梁產生的應力變化幅度較小，換索較安全；在換索數目方面，建議在最長、最短、次長、次短索更換時以2根為最佳數目，處于中間長度的拉索更換時以4根即可，對梁塔的應力影響也較小；安全起見，不建議雙塔同時進行換索施工。

[1] 譚紅霞,張建民.大跨度斜拉橋施工過程索力和線性雙控研究[J].河海大學學報(自然科學版),2008,36(1):97-101.

[2] Jin Cheng,Jian Jing Jiang,RuCheng Xiao,et al.Advanced aerostatic stability analysis of cable-stayed bridges using finite-element method[J].Computers and Structures,2002(80):1145-1158.

[3] 蔣偉平.斜拉橋換索理論及其技術問題的研究[D].成都：西南交通大學碩士學位論文,2003:52-54.

[4] 王文濤.斜拉橋換索工程[M].第2版.北京：人民交通出版社,2006:111-112.

[5] 譚曉琪.三達地怒江大橋換索工程實例分析[J].中外公路,2006,26(4):130-133.

The influence analysis on cable replacement construction sequence and number to beam and tower internal forces

Guo Rujiong

(CentralLake(Hainan)HaishengShippingLimitedCompanybyShare,Haikou570125,China)

Combining with the engineering situation of a bridge, this paper established the bridge plane bar system model and made simulation and calculation, combining with theoretical calculation and practice measurement, analyzed the influence of cable replacement construction sequence and number to different beam and tower internal forces, gave the best construction sequence and cable replacement number to medium and small span cable-stayed bridge cable replacement.

plane bar system, beam and tower internal force, cable replacement construction, cable replacement number

1009-6825(2016)11-0190-03

2016-01-23

郭如炯(1973- )，男，工程師

U445

A