非对称外倾式钢拱桥吊杆索力施工技术

朱仕耀

(华南理工大学土木与交通学院 广东 广州 510640)



非对称外倾式钢拱桥吊杆索力施工技术

朱仕耀

(华南理工大学土木与交通学院 广东 广州 510640)

在高空胎架原位拼装施工工艺下，吊杆张拉与调整难度大，基于监测测试数据与FEM理论值的对比，保证数值模型与实桥匹配，调整索力达到设计的合理成桥状态。

索力；外倾式拱肋；施工监控

异型拱桥[1]对先进、高效、精准的施工方法要求愈高，对施工监控的理论分析、过程控制要求也愈严格。基于有限元分析，通过索力仿真计算，实施有效的监控与分析，完成符合设计要求的成桥状态。

一、工程概况

本桥桥型采用外倾式非对称吊杆拱桥结构，梁部为钢箱梁。左侧拱肋名义跨径为75.5+155.5=231米，右侧拱肋名义跨径为55.5+175.5=231米，形成空间非对称结构全桥共设44根吊杆，间距为6m，其中左侧拱肋设置20根，右侧拱肋设置24根。

二、施工仿真

采用有限元软件进行模型建立与分析。钢箱梁、拱肋使用梁单元模拟，吊杆、系杆采用仅受拉桁架单元模拟。全桥空间杆系模型共有1316个节点，1266个单元，92个施工阶段。拱脚截面替换为换算截面，以拟合拱脚灌注混凝土后的力学特性。主拱拱脚在合拢后灌入微膨胀混凝土，全桥刚度分布发生变化，正确的刚度模拟对拱肋变形预测起到重要作用，通过组合截面及换算截面对截面特性的变化准确模拟。箱梁施工过程由于施工工期紧张，考虑多段节段焊接时对梁端里程的影响，计算焊缝收缩引起的箱梁梁端里程的变化量。吊杆张拉阶段，每一根吊杆的张拉对其余吊杆均产生不同程度的影响[2]，在有限元分析过程中，考虑每根吊杆的相互影响值，计算影响矩阵，以实际施工实测数据修正影响参数。

三、结果与分析

建立有限元模型模拟施工阶段，计算得到不同张拉工况下，各吊杆索力的损失量与增量。通过数值处理，确定吊杆张拉顺序。根据目标索力以及张拉顺序，计算各施工阶段的张拉控制力。利用有限元模型模拟施工阶段获取每一个张拉工况影响值，在模型足够精确的条件下，理论上是可行的。但模型的精细更新还需要进行成熟的理论，大量的、精细的工作支持。同时，现场施工、张拉的不确定性也增加了仿真模拟的不确定性。吊杆二次调索过程中，距离较近的吊杆存在相互影响。建立有限元模型模拟施工阶段，计算得到不同张拉工况下，各吊杆索力的损失量与增量。图1表示完成二次调索后得到的索力分布情况。可以看出，基本上大部分吊杆维持在500kN，左右拱吊杆几何布置以及索力同时不对称分布，适应桥型结构的不对称性。

图1 全桥吊杆索力分布

四、结论

本文基于有限元模拟，计算二次调索阶段吊杆的相互影响值，结合实测数值修正，通过反复调索达到目标索力。但调索次数增加，需要优化，进一步工作需要有效考虑大变形、非线性以及施工参数不确定的影响，提高数值计算指导索力精确调整的效率。完成二次调索后，全桥线形平顺、应力分布也反映出结构的非对称性，索力的非对称分布也适应了全桥结构的内力重分布。

[1]倪立群,林英,任淑琰.桥型设计探索_中承式蝶形双曲拱桥[J].世界桥梁, 2006,4:7-9, 14.

[2]罗慧苓.蝴蝶拱桥发展概况与设计参数分析[J].福建建筑, 2016, 1:91-94.

朱仕耀(1992-)，男，汉族，海南人，硕士，华南理工大学，桥梁与隧道。