悬索桥更换加劲梁施工过程模拟计算分析

张赞鹏　米发吉　张显明　程伟

摘 要 本文以山区某悬索桥为例，针对加劲梁边拆边建施工工艺，探讨悬索桥更换加劲梁施工过程计算模型模拟问题，利用有限元程序MIDAS/Civil，提出了新、老桥两种计算思路，并与现场数据进行对比分析，得出新桥计算模型的计算思路更符合实际。

关键词 悬索桥 施工控制 计算模型

中图分类号：U448.25 文献标识码：A

悬索桥也称吊桥，其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索、加劲梁组成。随着运营时间增加，一些悬索桥开始出现病害，例如主缆局部锈蚀、吊杆局部锈蚀、加劲梁局部断裂等。例如，1995年我国建成通车的汕头海湾大桥，由于受限于当时建设资金，采用钢丝绳吊索，现发现吊索钢丝绳局部存在锈蚀严重与变形等缺陷，不得不更换吊索。

本文以山区某悬索桥为例，利用有限元程序MIDAS/Civil，针对边拆除旧梁边安装新梁的施工工艺问题，如何更加准确模拟出加劲梁更换过程，从而更好地为施工服务。

1工程概况

某山区悬索桥，上部结构为地锚式钢桁悬索桥，主缆跨径120m。主缆采用16€？ 15.2mm平行钢绞线束，吊索采用1€？ s15.2mm钢绞线，锚碇采用预应力抗滑桩与重力式锚碇相结合的倒“L”复合型锚碇。运行多年之后，检测单位对该桥进行了外观检查、专项检查及荷载试验。检查结果发现主桥构件混凝土质量差，强度低；下弦杆节点多处断裂、下弦节点焊缝存在较严重缺陷，下弦钢绞线、型钢等锈蚀严重。结构检算、荷载试验结果表明，原桥临时通行能力仅能满足一辆总重为20t的两轴车的通行要求。最终经过多次专题会议讨论，拆除原主梁结构、桥面系及吊杆，更换为钢桁架结构，仅保留主塔、主缆和锚锭等。

2施工控制难度分析

该桥旧梁结构由于使用年限较久，且本桥的维修加固采取边拆除旧梁边假设新梁的施工工艺，其施工过程极其复杂，因此，本桥施工监控的难度极大，既有旧梁的拆除，也有新梁的重建，且二者是同时作业，相互交叉，可见其施工控制的难度远比单纯的新建一座相同的桥梁要大得多。

3计算模型

由于该桥采用边拆旧梁，边安装新梁的施工工艺，新旧加劲梁交叉作业，施工过程较为复杂。施工过程中，计算分析较为复杂，为了更好的模拟施工过程中结构受力及变形情况，利用有限元程序MIDAS/Civil，建立了2个计算模型，即老桥模型，新桥模型。

老桥模型计算思路：根据老桥设计图纸中的结构布置和结构尺寸，将老桥结构离散成多个节点和单元。根据该桥采用边拆旧梁，边安装新梁的施工工艺，计算模型采用在老桥计算模型的基础上，新梁以荷载形式直接施加到主缆上再进行施工阶段分析。其中老桥计算模型见图1。

新桥模型计算思路：根据新桥设计图纸中的结构布置和结构尺寸，将新桥结构离散成多个节点和单元。根据该桥采用边拆旧梁，边安装新梁的施工工艺，计算模型采用在新桥计算模型的基础上，老桥以荷载形式直接施加到主缆上再进行施工阶段分析。

4计算结果

4.1主缆线形

施工过程中，主缆线形以中跨跨中点为控制点，在加劲梁架设完成后，主缆控制点实测标高与理论计算标高见表1所示。

按照老桥计算模型得出中跨跨中主缆标高与实测标高，相差在2.5cm；按照新桥计算模型得出中跨跨中主缆标高与实测标高，相差在1.4cm，两者满足施工精度要求，但新桥计算模型更接近实际。

4.2索塔偏位

为便于对索塔偏位进行观测，在索塔中间粘贴反光片，用精密全站仪来进行测量。在加劲梁架设完成后，索塔实测偏位如表2所示。索塔偏位由边跨向中跨为正，反之为负。

按照这两种计算思路得出的计算偏位与实测偏差相差较小，均满足施工精度需要，新桥计算模型更接近实际。

5结论

根据对新、老桥两种计算模型计算结果与实测结果比较发现，这两种计算模型计算结果均能满足加劲梁、吊杆更换的施工精度需要；且在新桥计算模型基础上，老梁以荷载形式直接施加到主缆上，再进行施工阶段分析的计算思路更符合实际。

参考文献

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