斜拉桥换索模拟研究

秦词峰 高建博

(1.中交集团第二航务工程局，湖北武汉 430000; 2.武汉理工大学，湖北武汉 430070)

斜拉桥换索模拟研究

秦词峰1高建博2

(1.中交集团第二航务工程局，湖北武汉 430000; 2.武汉理工大学，湖北武汉 430070)

介绍了无应力状态法在桥梁换索中的优势，并以无应力状态控制法作为指导思想，对斜拉桥换索施工进行了分析，指出将无应力状态量作为控制量进行换索施工，达到了方便施工的效果。

无应力状态法，斜拉桥，换索施工，索力值

0 引言

当今社会，随着斜拉桥越来越多的投入使用，斜拉索的更换也成为了一个桥梁领域非常热门的话题及研究方向，针对于这种情况，探索新的斜拉桥换索施工技术就显得尤为关键了。

1 无应力状态法在换索中的优势

1)无应力状态法在计算结构安装过程时，因为只需要进行正装计算，所以相比较于倒拆分析法在倒退分析之后还要进行一轮的正装计算而言，计算量减少了1/2。并且，无应力状态量作为一个稳定的固有量相比较于倒拆分析法中需要计算每个过程的内力和位移再进行迭代这种方法，错误率也更低，应变能力更强［1］。2)无应力状态法可以保证施工过程的例如混凝土的浇筑等工序与索力调整的同步作业［2］。3)无应力状态法是以无应力长度差作为调索的单位，在操作过程中，可以更精确地进行施工过程中的调整，自由度更大。若以索力作为调整的基础量，还需考虑一根索的索力调整时对其他索的影响，这种传统的方法在施工过程中往往会导致很多错误的产生［3］。

2 实际模拟

2.1 成桥概况

以武汉市某桥为例，本桥采用MIDAS/Civil建立斜拉桥模拟换索设计模型，模型中，最主要的为索单元，而主梁和主塔则采用梁单元进行模拟，桥塔根据拉索的锚固点位置来划分单元，在主梁的单元划分和节点位置设置上，对于每个拉索的锚固点位置都设置相应的节点。

全桥离散为373个节点，360个单元。成桥状态结构初步计算简图如图1所示。

由于成桥本身并没有投入使用多久，所以对此桥的模拟需要通过改变斜拉索的初始索力来模拟斜拉桥运行多年而产生的各种斜拉索病害带来的对索力值的影响。

通过多次的迭代，得出了一个相对来说比较合理的斜拉索病害模拟的索力值。

图1 结构计算简图

2.2 无应力长度的计算

无应力长度:结构体系内任意构件单元，受荷载变形后单元两节点之间的几何距离就是单元有应力时的长度。假设卸除该单元的轴向力，单元轴向变形恢复，此时单元上两节点的几何距离定义为单元的无应力长度。

图2 无应力长度计算图

如图2所示，单元两节点i，j的坐标为(xi，yi)和(xj，yj)两节点变位为(ui，vi)和(uj，vj)。

根据上述公式，结合该桥的具体参数，得出了所有的斜拉索无应力索长。并根据求得的无应力索长值作为控制量，将无应力索长代入模型中验算，求得该成桥在换索后的理论成桥索力，并与结构在斜拉索模拟病害前的成桥索力进行对比可得表1。

表1 通过无应力法求得的索力值与原值比较

根据表1可以发现，通过无应力状态控制法求得的斜拉桥索力值与原桥完好状态下的索力值几乎相等，故可以说明，以无应力索长作为控制量的换索工程无论是在计算还是在施工过程，都有着得天独厚的优势。

3 换索施工过程

斜拉桥换索主要分为对原有的斜拉索进行放张、拆除，然后安装新的斜拉索，最后进行全桥的索力调整。而无应力状态法在换索的过程中，它的价值也主要体现在斜拉索的新索安装过程中。

由于旧索的放张和拆除与传统方法一致，这里就不作详细说明了。

新索安装。由于斜拉索是以无应力索长作为最后张拉到位的判定条件，所以对于无应力索长的确定，也是施工中的一大重点。根据前期的模型计算，不难算出每一根斜拉索的无应力索长量，但是在具体的施工中，需要保证，在斜拉索的张拉过程中，张拉至成桥目标状态下的无应力索长值。

体现在具体的施工步骤中，主要包括:张拉是在塔端进行，在张拉的过程中不需要满足一步到位，但张拉的过程最好保持对称进行，即同时张拉的两根索是塔两端对称的斜拉索，根据无应力状态法的理论分析，由于无应力长度并不与施工过程等相关，所以，在张拉的过程中，可以同时进行其他的加固等施工。

斜拉索的张拉分5级张拉，唯最后一级的张拉，将斜拉索张拉至成桥目标状态下的无应力长度，并且由于无应力长度与索力是一一对应的关系，在最后一级张拉时同时满足无应力索长以及相对应的斜拉索的索力，即可满足斜拉索的最后换索任务［4］。

根据无应力状态法，由于每一根的索已经达到了成桥目标的无应力状态量，所以不需再对斜拉索的索力进行调整，只需最后测量所有的成桥索力，再与原设计值进行对比即可。

4 结语

从模拟以及现有的换索施工中发现，应用于斜拉桥换索施工中的无应力状态法有着天然的适用性，在换索过程中，以无应力索长作为控制量可以保证与其他工序的同步进行，并且在发生施工错误，发现误差时，可以较为快捷的处理，不需像传统的工艺那样需要对之前所有的斜拉索进行再一次的倒拆分析计算，为施工省去了许多不必要的麻烦，节约了许多时间。并且在索力调整时可以不必像之前那样，对每一根索进行重新调整。

［1］秦顺全.桥梁施工控制——无应力状态法理论与实践［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］黄晓航，高宗余.无应力状态控制法综述［J］.桥梁建设，2010 (1):71-74.

［3］秦顺全.分阶段施工桥梁的无应力状态控制法［J］.桥梁建设，2008(1):8-14.

［4］中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司.重庆市涪陵长江大桥技术改造工程施工总结［Z］.2013.

Study on cable replacement simulation of cable-stayed bridge

Qin Cifeng1Gao Jianbo2
(1.CCCC Second Harbor Engineering Bureau，Wuhan 430000，China; 2.Wuhan University of Technology＆Science，Wuhan 430070，China)

The paper introduces advantages of stress-free status mehtod in the bridge cable replacement，takes stress-free status method as the guiding idea，analyzes the cable replacement construction of cable-stayed bridge，and takes stress-free status quantity as the control quantity for cable replacement construction，and finally achieves the convenient construction effect.

stress-free status method，cable-stayed bridge，cable replacement construction，cable force value

U445

:A

1009-6825(2016)36-0181-02

2016-10-19

秦词峰(1974-)，男，高级工程师; 高建博(1992-)，男，在读硕士