轨索移梁新工艺力学特性分析与试验研究

颜东煌+潘权

摘要：针对轨索移梁新工艺在悬索桥建设中的关键技术问题，将轨索节段离散成两节点直线单元，建立轨索移梁系统空载状态下的整体力学分析模型，推导出主缆、吊索、轨索等各构件受力状态的计算方程并求解.设计制作了矮寨悬索桥轨索移梁体系的整体缩尺模型并将模型试验与理论分析结果进行了比较.本文所提方法的计算结果与模型试验结果吻合良好，表明本文计算分析方法正确有效，能解决轨索移梁工艺整体分析求解问题，并可简化计算分析过程，计算精度和结果能够应用于工程的初态分析和求解，是一种适合于轨索移梁工艺空载状态下找形计算分析方法.

关键词：悬索桥;主梁施工;轨索移梁工艺;力学分析;模型试验

中图分类号：U448.25 文献标识码：A

ForceAnalysisandModelTestforNewRailCable

LaunchingMethodunderNonloadingCondition

YANDonghuang，PANQuan

（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，ChangshaUnivofScienceandTechnology，Changsha，Hunan410114，China）

Abstract：Theintegralmechanicmodelofthenonloadingrailcablelaunchingsystemwasestablishedtodealwiththestiffeninggirdersconstructioninsuspensionbridge.Therailcablesegmentwasdiscretizedintotwonodelineelement.Andthegoverningequationsfortherailcablelaunchingsystem，whichconsistsofthemaincable，thesling，thesaddleandtherailcable，weredetermined.Moreover，a1∶33reducedscaleexperimentalmodelfortherailcablelaunchingsystemofAizhaisuspensionbridgewasconstructed.Theconclusionsobtainedfromthetheoreticalanalysisandexperimentswerecompared.Itisshownthattheresultsofpresentedcalculationmethodmatchwellwiththatfromthemodeltest.Also，theaccuracyandeffectivenessoftheproposedmethodaremanifested，whichcanbeusedtosolvetheproblemaboutrailcablelaunchingsystemandsimplifythecalculatingprocess.Thecalculationaccuracyandresultsforthismethodcanbeemployedtotheinitialstateanalysis.Thisindicatesthattherecommendedanalyticalmethodissuitableforshapelookingcalculationandanalysisofthenonloadingrailcablelaunchingtechnology.

Keywords：suspensionbridges;stiffeninggirderconstruction;railcablelaunchingmethod;mechanicalanalysis;modeltest

为了便于运输，在山区修建大跨度地锚式悬索桥时常采用钢桁梁的主梁形式，例如，中国修建的四渡河大桥、坝陵河大桥和矮寨大桥等.主梁施工是山区大跨径悬索桥施工的难点，国内外可行并适应于山区大跨度悬索桥主梁施工的方法主要有缆索吊机施工法、桥面吊机施工法[1]和轨索移梁施工法[2]等，各种施工方法均有成功的案例，但从适用跨径、施工工期、永久用钢量和辅助施工设施等存在较大差异.轨索移梁施工方法通过整体模型试验[3]和足尺模型试验[4]验证了方案可行，并首次在矮寨大桥主梁架设中成功使用，1000.5m长的钢桁梁安装只用了2.5个月[2]，大大节省了工期，减少了钢桁梁永久用钢量，体现了新工艺旺盛的生命力，但该工艺尚处于首次实桥使用阶段，要大量推广还需要积累更多的经验，同时对该工艺的认识和研究仍有待进一步加深，例如移梁体系分析过程能否进一步简化，工艺流程能否进一步优化，设备和操作能否标准化等等，这些都制约着该方法能否全面推广和应用.

由主缆、吊索、吊鞍、轨索等组成的移梁系统为双层柔性悬索体系，索系一旦受力，体系将发生比较明显的变形，通过这种变形将使荷载在索结构系统中按刚度分配[4].对于长而柔的吊索结构，在轨索张拉和移梁荷载作用下会伸长和偏位，其变化量不容忽视，在体系变形协调关系中须考虑这个影响，同时轨索张拉过程中吊索力是未知的，需要从体系变形协调关系中隐性求解等等，这就给静力分析和求解带来了难度和复杂性.在该工艺研发过程中，将主缆和轨索均当成分段悬链线用有限元方法求解，计算过程较繁杂，且轨索有较大预张拉力，与两端只考虑自重作用下和吊索力的悬索节段受力有一定的差异.为了简化轨索移梁工艺空载找形分析过程，根据柔索力学分析的基本假定，本文用解析方法，在吊索力未知的情况下，考虑吊索的弹性伸长，建立主缆、吊索、轨索的整体力学模型并编程求解.计算结果与有限元计算结果、模型试验结果对比分析表明，本文分析方法是正确的，可以用到类似结构的工程计算分析中.