系杆拱桥吊杆张拉力的确定与索力优化

2016-08-16张全洋

福建质量管理 2016年12期

关键词：系杆迭代法索力

张全洋

(石家庄铁道大学河北石家庄 050010)

系杆拱桥吊杆张拉力的确定与索力优化

张全洋

(石家庄铁道大学河北石家庄 050010)

针对系杆拱桥吊杆张拉力的确定与索力优化，提出了差值迭代法和未知荷载系数法两种计算方法。以差值迭代法确定吊杆的初始张拉力，以未知荷载系数法进行索力优化。吊杆张拉力用Midas/Civil中的初拉力荷载进行模拟。差值迭代法是以成桥时的吊杆内力设计值为目标进行迭代确定吊杆初拉力值的大小；未知荷载系数法是针对实际施工中成桥时的吊杆内力与设计值存在偏差，以设计值为目标，确定索力调整值的大小。两种方法的结合，不但使调索过程清晰明确，还能保证调索精度，为同类桥梁施工提供参考。

系杆拱桥;索力;未知荷载系数法

一、工程背景

南堡跨世纪路特大桥(见图1)，系梁全长82.5m，计算跨径80m，顶板宽17.2m，底板宽14.8m，梁高2.5m。拱肋计算跨度为80m，矢跨比1/5，立面投影矢高15.844m，拱肋采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高度h=2.5m，钢管直径为1.0m。吊杆垂直拱弦线平行布置，间距5m，共13对，横向内倾8度。

图1 拱桥立面图(单位：cm)

二、差值迭代法确定吊杆张拉力

(1)

式中，n为迭代次数。

具体迭代过程如表1所示：

表1 差值迭代法计算吊杆张拉力

三、吊杆索力优化

在施工过程中由于各种因素的影响，总会使得成桥后得吊杆内力与设计值之间存在偏差，这就需要调索。在调索之前，需要根据设计给定的张拉顺序和成桥吊杆内力，进行施工过程计算，得到每根吊杆需要调整的索力值，以确保吊杆调索完成后，吊杆内力能够符合设计要求。以本桥成桥时(二期恒载后)的吊杆内力为例进行说明，调索选用Midas/Civil中未知荷载系数功能，具体操作步骤如下：

(1)建立分析模型，定义正装施工阶段，在二期恒载后定义调索阶段(只激活单位索力，取单位索力为10kN)，此阶段不能激活其他结构、荷载和边界条件，否则会影响未知荷载系数的计算结果。

(2)在施工阶段分析控制数据中，选择体外力添加，这样求解出来的未知荷载系数乘上单位力得到的张拉力作为补张力施加。

(3)分析完成之后，在结果里面添加未知荷载系数组并定义约束条件，本文以成桥后吊杆设计索力值作为约束条件，进行求解。

(4)求解未知系数，求出所需的补张力施加到模型中，计算出的成桥吊杆力与设计吊杆力进行对比，查看其是否满足精度要求。

未知荷载系数法求解过程中的影响矩阵如表2所示，通过该矩阵可知：各吊杆进行补张时，其余吊杆索力的变化情况，能够清晰的分析出各调索阶段下每根索力的大小，为施工监控中的索力调整提供可靠地理论依据。