不同張拉順序下的斜拉橋施工索力分析

楊 雄

(蘭州交通大學土木工程學院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

斜拉橋屬于高階超靜定結構，斜拉索起著關鍵作用，通過對施工索力的精確計算，橋梁成橋索力可以精確收斂于設計的成橋索力。

斜拉橋索力張拉一般采用2次張拉，為了保證成橋后索力能夠達到設計索力值，需合理確定斜拉索施工索力［1］。現有的有限元軟件無法直接求出合理施工索力，在實際工程應用中，應用正裝迭代法確定施工索力時，一般靠工程人員結合有限元軟件進行正裝分析，該過程需要不斷地輸入、提取大量數據［2］。本文基于的差值法確定施工索力的基本原理是給定任意1組施工索力后進行正裝計算得到新的成橋索力，求出該成橋索力與設計成橋索力之間的差值，將其與該次正裝計算的初拉力相加后作為下一輪迭代計算所需要初拉力。這種方法不需要提取影響矩陣且數據處理簡單，宜于實際工程應用［3，4］。

1 工程概況

西北某斜拉橋為1座獨塔雙索面非對稱混合梁斜拉橋，采取塔墩梁固結體系，跨徑布置為158 m+45 m+40 m，其中輔跨45 m+40 m，為預應力混凝土結構，主跨長158 m，為鋼箱梁，鋼混結合部伸入主跨，距橋塔中心線15 m，梁高均為3 m。采用雙索面，扇形布置，索體系平行鋼絲冷鑄錨式索。每側索面共有24根斜拉索，全橋共48根斜拉索，斜拉索順橋向間距為10 m(鋼梁側)和5 m(混凝土梁側)。主跨水平索距由主塔中心左起為28 m+11×10 m+20 m，主塔一側無索區為28 m，邊墩無索區長度為20 m。邊跨水平索距由主塔中心右起20 m+11×5 m+10 m，主塔一側無索區為20 m，邊墩無索區長度為10 m。該斜拉橋總體布置立面圖和拉索編號如圖1所示。

圖1 斜拉橋總體布置立面圖

2 張拉順序

該斜拉橋輔跨混凝土梁采用滿堂支架施工，主梁鋼箱梁采用鋼棧橋施工，主梁和主塔全部施工完成后進行斜拉索張拉。拉索采用2次張拉，原張拉方案為:①第一次張拉從塔端處開始兩側同時對稱張拉4根拉索，依次順序張拉，即 Mi，Mi'，Bi，Bi'(i=1，2，3，4，…，12)同時張拉，第二次施工順序同第1次張拉。但由于現場采用對稱張拉時，前三組索的張拉用千斤頂的放置空間不足，經施工單位、設計單位、監理單位、監控單位互相溝通，現場張拉方案改為:②前三組索第1次張拉從塔端處開始兩側同時對角張拉2根拉索，即先完成 Mi，Bi'(i=1，2，3)號索的張拉后，再進行 Mi'，Bi(i=1，2，3)號索的張拉，從第四組索開始，第1次張拉從塔端處開始兩側同時對稱張拉4根拉索，依次順序張拉，即Mi，Mi'，Bi，Bi'(i=4，5，6，…，12)同時張拉，第二次施工順序同第1次張拉。

該斜拉橋有限元模型采用軟件Midas Civil(2015)建立，結構采用單梁模式;橋墩、橋塔、主梁采用空間梁單元，拉索采用桁架單元;橋墩底彈性固結，墩、梁、塔剛性連接，拉索與梁、塔剛性連接。該斜拉橋有限元模型如圖2所示。

圖2 全橋有限元模型

3 不同張拉順序下的施工索力

在兩種不同張拉順序下，采用差值迭代法，經過多次迭代直到施工索力滿足精度要求，得到該斜拉橋的一張、二張施工索力，主要結果匯總見表1，表2。

表1 兩種不同張拉順序下的一張力結果匯總

由表1可知:兩種不同張拉順序下得到的第一次施工張拉索力大致相同，只有前三對索的張拉索力相差比較大，成對角分布，但誤差都在7%以內。說明張拉順序的改變對第一次張拉索力的影響不大。

表2 兩種不同張拉順序下的二張力結果匯總

由表2可知:在鋼箱梁側兩種不同張拉順序下的二張力從12號索到1號索誤差逐漸變大，符合規律;混凝土梁側兩種不同張拉順序下的二張力變化不大。總的來說張拉順序的改變對第二次張拉索力的影響較大。

4 結語

1)斜拉索張拉順序改變根數比較少時，對第一次張拉索力影響不大，施工時可考慮第一次張拉索力不變，為技術人員節省時間。

2)拉索張拉順序改變時，對第二次張拉索力影響較大，技術人員必須重新進行準確的計算得到第二次張拉索力，否則成橋索力難以滿足設計與規范要求，必需耗費人力物力進行一次全橋調索，得不償失。