基于Midas大跨度鋼箱拱橋吊桿索力控制分析

嚴(yán)亮

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210014）

1 工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋?yàn)橹谐惺綇?fù)式拱橋，跨徑布置為5+78+192+68+5=348m，橋梁主體結(jié)構(gòu)包括主拱、副拱、主梁、橋墩、橋臺(tái)等，主拱、副拱、主梁均采用鋼結(jié)構(gòu)，橋墩、橋臺(tái)采用混凝土結(jié)構(gòu)。主拱為外傾結(jié)構(gòu)，外傾73o，副拱為內(nèi)傾結(jié)構(gòu)，內(nèi)傾45o，主梁為三跨連續(xù)體系，鋼箱梁主箱式部分為雙主梁形式，單側(cè)主梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，兩箱室之間頂板連通，并在底板下設(shè)置聯(lián)系橫梁。主拱與主梁間設(shè)置17對(duì)吊桿，主拱與副拱間設(shè)置6對(duì)吊桿。橋梁施工流程如下：

上部結(jié)構(gòu)施工主要包括鋼箱梁、鋼箱拱肋、吊桿和懸挑人行道安裝。鋼箱梁、鋼箱拱肋安裝采用支架法施工，待鋼箱梁和主、副拱安裝完成后，再安裝吊桿。先張拉主拱與副拱之間的吊桿，拆除副拱支架，再?gòu)埨鞴芭c主梁之間的吊桿，拆除主拱支架，再拆除主梁支架，最后吊裝懸挑人行道。主拱支架如圖1所示。

圖1 鋼箱拱安裝支架立面布置圖

2 施工仿真計(jì)算分析

2.1 計(jì)算分析模型

采用大型通用有限元軟件Midas/Civil建立大橋上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程仿真計(jì)算分析模型，主梁根據(jù)其截面形式采用雙主梁、橫向通過(guò)橫隔板連接模擬計(jì)算，主梁、橫隔板、主拱和副拱均采用梁?jiǎn)卧鯒U采用只受拉單元，二期恒載以均布荷載施加考慮，主拱支架計(jì)算分析時(shí)采用兩種計(jì)算模型：主拱支架采用節(jié)點(diǎn)約束代替主拱支架，如圖2所示；建立主拱支架，如圖3所示[1]。

圖2 模型1—主拱支架采用節(jié)點(diǎn)約束代替主拱支架

圖3 模型2—建立主拱支架

2.2 理論計(jì)算對(duì)比分析

兩種模型計(jì)算得到的成橋索力值與設(shè)計(jì)成橋索力值的偏差對(duì)比見表1。由計(jì)算結(jié)果可知：主拱支架采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐代替主拱支架計(jì)算得到的成橋索力值與設(shè)計(jì)成橋索力偏差在-15.3%～21.4%范圍；建立主拱支架計(jì)算得到的成橋索力值與設(shè)計(jì)成橋索力偏差值在-14.8%～10.9%范圍[2]。

表1 主拱與主梁間吊桿索力計(jì)算分析

2.3 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

2.3.1 主拱變形分析

鋼主拱在吊桿張拉后，實(shí)測(cè)變形與理論變形對(duì)比見表2。由鋼主拱變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：鋼主拱實(shí)測(cè)變形值更接近模型1的理論計(jì)算結(jié)果。

表2 主吊桿張拉完成后鋼主拱變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3.2 吊桿索力分析

索力測(cè)試采用振動(dòng)頻率法，實(shí)測(cè)吊桿索的固有頻率，利用索的張力和固有頻率的關(guān)系計(jì)算索力，最終成橋狀態(tài)下吊桿實(shí)測(cè)索力見表3。由吊桿監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：吊桿成橋?qū)崪y(cè)索力分布均勻，與模型1計(jì)算成橋索力對(duì)比只有LZ02、LZ03、LZ15、LZ16這四根較短的吊桿索力偏差較大，超出10%；與模型2計(jì)算成橋索力對(duì)比，吊桿普遍索力偏差較大，超出10%。

表3 吊桿成橋?qū)崪y(cè)索力與理論計(jì)算索力對(duì)比

表3 續(xù)表

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)成橋后吊桿實(shí)測(cè)索力與理論計(jì)算索力對(duì)比結(jié)果，主拱支架按兩種情況計(jì)算分析得到的索力值均能較好地起到索力控制作用，通過(guò)計(jì)算確定合理的吊桿張拉順序和張拉力，能夠較好地對(duì)成橋索力起到預(yù)判作用，確保了橋梁最終成橋索力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)主拱支架采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐代替主拱支架和建立主拱支架兩種計(jì)算方法對(duì)比可知，對(duì)于臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)比較多的情況，采用合理的節(jié)點(diǎn)約束條件來(lái)代替計(jì)算，可以有效地減小計(jì)算分析工作量，同時(shí)也能滿足施工控制作用，其方法可以為廣大工程人員所借鑒。