基于桿系鋼箱梁拱橋實體工程的張拉吊索索力監控偏差分析

王先偉，張東旭

(遼寧省交通高等專科學校 沈陽市 110122)

0 引言

本論文實體工程是滄州南北繞城公路工程南段項目的一座桿系鋼箱梁拱橋，位于滄縣中學西北肖家園村南，橫跨南運河，橋梁中心樁號K89+985，橋梁結構采用跨徑100m下承式鋼箱系桿拱，矢跨比1/5，三拱肋設橫撐，下部結構采用承臺鉆孔灌注樁基礎，設計角度90°。共分3條拱肋，每條拱肋有17根吊索，吊索間距為5m，D1～D9對稱分布，吊索分布示意圖如圖1所示。

圖1 吊索分布示意圖

對南運河大橋三條拱肋(南邊拱肋、北邊拱肋、中拱肋)下的吊索首輪張拉索力(50%設計索力值)進行監控，其監控值與張拉理論值進行偏差對比研究[1-2]。

1 索力監測方法

利用長沙金馬的JMM-268索力動測儀，進行南運河大橋三條拱肋的吊索索力的監控工作，依次對稱張拉全橋三條拱肋共51根吊索，縱橋向張拉順序為D9>D7>D5>D3>D1，D8>D6>D4>D2，橫橋向為先中拱肋后邊拱肋[3-4]，監控索力測量過程如圖2所示。

圖2 南運河大橋吊索索力監控測量過程

依照測量出的每根吊索的頻譜圖，輸入n值，得到對應的f的主頻頻率，根據式(1)計算出該索索力值。

F=4f2·W·L2

(1)

式中：F—吊索索力值(kN)；

f—索力監控儀的監控基頻(Hz)；

W—吊索線密度(kg/m)；

L—參與振動的實際索長(m)。

2 檢測數據

南運河大橋首輪張拉50%的設計索力值，通過建模得到的吊索首輪張拉工況下的理論索力值與監測出的索力主頻頻率的索力計算值進行對比[5-7]。

2.1 理論索力值

通過邁達斯橋梁軟件建模得到南運河大橋吊索首輪張拉過程中理論索力值及其變化值[8]，具體數據見表1。

表1 吊索首輪張拉過程中理論索力值數據表(單位：kN)

2.表中灰色框標示的為該吊索首輪張拉控制力

2.2 實際監控索力值

根據監測的吊索頻率經式(1)計算，得到拱肋吊索索力監控值，南北兩側邊拱肋索力監控值取平均值以及中拱肋監控值匯總數據見表2。

表2 吊索首輪張拉過程實際索力監控值數據表(單位：kN)

2.表中灰色框標示的為該吊索首輪張拉控制力

由表1和表2可看出，利用索力監測儀監測數據，相比于理論索力值偏大的情況較多，占82.4%，而且偏小情況的絕對值也較小。偏大情況的絕對值最大為100kN，偏小情況的絕對值最大為19kN。

3 數據分析

依據表1和表2的數據，每種工況的實際監測數值與理論值平均偏差結果如圖3所示。

圖3 實際監測數值與理論值平均偏差

由圖3顯示，與吊索理論值相比較，實際監測數值平均偏差都為正值，且平均值為13.59%。中前期張拉工況階段偏差相對平穩，最大偏差發生在后期張拉工況階段，說明主梁落架前，是所有吊索受力重分配的重要階段，主梁落架后趨于平穩。

依據表1和表2的數據，每種工況下，中拱肋和邊拱肋的實際監測數值與理論值平均偏差標準差結果如圖4所示。

圖4 中拱肋和邊拱肋的實際監測數值與理論值平均偏差標準差

由圖4顯示，在每種工況下，中拱肋下吊索的實測監測索力數值與理論值平均偏差的標準差整體趨勢大于邊拱肋吊索的，并且邊拱肋吊索的標準差變化平穩，說明張拉吊索時，中拱肋吊索索力的重新分布變化明顯，中拱肋下的吊索索力變化是監控的主要指標。

4 結論

(1)桿系鋼箱梁拱橋索力監控儀監測索力數值相比于理論值偏大，且偏大值在10%～15%。

(2)在吊索張拉施工階段，中前期張拉工況的索力監測值偏差相對平穩，后期張拉工況直至梁落架前的索力監測值偏差較大，是吊索受力重分配的重要階段。

(3)張拉吊索時，中拱肋吊索索力的重新分布變化明顯，是索力監控的主要指標。