下承式拱桥索力调整对桥面线形的影响

2018-07-27许旭卯

浙江建筑 2018年7期

许旭卯

(浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江杭州 310012)

1 概述

随着社会的发展,大跨度桥梁越来越多地进入到人们的视线中。现如今,城市桥梁的建设不仅在功能上需要适配城市的发展,在外观上更是需要作为城市一景。因此,下承式拱桥、悬索桥、斜拉桥等桥型越来越受到人们的青睐,而以上几种桥型均离不开拉索。就下承式钢箱拱桥而言,桥面线形、索力、拱线形是一个整体,任何一项的变化均会引起全桥应力及线形的变化。也正是因为这一点,使得施工监控过程中通过索力的调整来纠正桥面线形的偏差成为可能。

桥面线形与理论线形相符是施工监控的主要目标之一,良好的成桥线形需要精准的前期计算，需要精确的过程控制以及后期线形与索力的协调调整。施工方法采用工厂预拼装—现场满堂支架拼装—吊索张拉—落架体系转换等过程。施工监控大致可以分为两个阶段：第一阶段是根据理论计算预抛高线形在满堂支架上对主梁进行拼装,拼装过程中通过不断地纠偏使拼装线形与理论计算相符；第二阶段是吊索张拉完成，主梁脱架后全桥结构体系的转变,这个过程中有两大因素影响桥面线形,其一是索力的大小,其二是钢箱梁脱架后自身的变形。由于索力初张拉的误差及钢箱梁脱架实际位移与理论计算位移的误差等影响,造成本施工阶段桥面线形与理论线形存在偏差。

2 索力调整手段

2.1 索力调整原则

在拱桥施工监控过程中,以设计给定的索力为控制目标进行调索,通过理论计算可知,索力增量与张拉顺序无关,即不论先调整哪根吊杆的索力,待所有吊杆索力调整完,都会得到同样的结果,从而达到设计目标索力。然而,在实际调索工程中须选定顺序,因为千斤顶的张拉力与调索顺序密切相关,结构的内力也随着索力调整而变化。因此,在下承式拱桥调索时,应遵循如下原则：1)安全性，调整时要尽量使结构的内力或挠度变化幅值最小；2)为缩减调索的步骤,尽可能做到只调整部分吊杆的索力；3)索力、线形、应力相互关联,调索前,需对全桥进行计算分析,以确保桥梁结构安全[1-2]。

2.2 索力调整手段

当桥面线形存在偏差后,需对该阶段桥面线形、索力、拱线形进行测量,将测量数据采用软件进行仿真模拟计算后,在应力、线形、索力均朝着良好的方向发展的情况下,才可进行现场索力调整。理论数值主要采用MIDAS CIVIL进行计算,计算工况与现场实际相符,通过多次模拟计算,选出最优方案,制定调索细则。

工程现场根据调索细则对索力进行调整,由于每根吊杆在张拉时均对其余吊杆有影响,张拉后续吊杆时并不能确定先张拉的吊杆实际索力值。因此,每调整一根索力,需对全桥索力进行测试,并及时将测量数据与理论数据进行对比,如发现偏差,应立即采取纠偏手段,以确保索力的调整效果。

索力的现场测试主要有三种方法：一是油压表读数法,油压读数法是利用千斤顶油压读数与张拉力的比例关系,将油压表读数换算成张拉力。此方法是施工过程中最常用的索力测定方法。此方法的优点是直观、实时读数,缺点是只能对单根索力进行测试,不适用于调索。二是压力传感器读数法,但压力传感器法不利于吊杆锚头防腐且价格昂贵,一般不采用。三是频率法,频率法是测定索体的自振频率,根据自振频率计算出索力值。频率法操作简单,可同时对多根索力进行测量,是成桥后索力测试最常用的方法。但由于吊杆受两端约束条件及截面刚度等影响,由自振动频率计算索力时很难精确确定计算索长；另外,频率法也较难测出靠近拱脚的短吊杆的低阶频率[2]。

鉴于几种索力测试方法的优点及局限性,本次索力调整选取频率法为主,油压表读数法为辅进行。选取3组拉索同时用两种方法进行测量,根据油压表法对频率法的索长进行修正,后续频率法索长参考修正。

由于频率法较难测出靠近拱脚的短吊杆的低阶频率,因此,本次调索不考虑调整靠近拱脚的短索,主要是对近跨中位置的长索进行调整。

2.3 索力调整步骤

1)采用频率法测量每根索力的频率,并通过油压表法对每根索长进行修正,按照修正后索长计算当前状态下的索力。

2)对全桥当前状态下的线形、应力进行测量。

3)将实测的索力输入计算模型,由于施工过程中存在误差,实测的索力很难与理论计算模型中得到的索力完全吻合,因此须对计算模型进行先倒拆再正装的迭代计算。实际上,此倒拆-正装迭代计算为虚拟模拟计算过程,正装分析完成后模型中的各吊杆索力即为当前状态下的实测索力。通过多次模拟计算,选择最优调索方案,并制定调索细则。

4)根据理论计算的调索细则,对第一根拉索进行调整,并在调整后及时测量全桥线形、应力及索力。

5)再次将全桥实测索力、应力、线形输入计算模型,如无偏差,按照细则继续进行下一根索力调整,直至调索完成。如有偏差,将偏差采用MIDAS CIVIL进行仿真分析,重新计算,采取初调—测量—计算—复调—复测进行不断地试调,并修正调索细则,不断重复,直至调索完成。

6)各吊杆索力调整完成后,再次用频率法测定吊杆的索力、线形、应力,如达到调索目标,即可进行下一个工况施工,如未达到调索目标,需分析偏差对结构安全的影响。

7)调索流程图见图1。

图1 调索流程图

3 工程实例

浙江杭州某桥工程采用“三水共融”下承式钢箱拱桥(图2),跨径布置为252 m+106 m=358 m,主跨拱肋采用空间布置,立面拱轴线型为二次抛物线,矢跨比1∶4.75,主拱矢高位52.81 m,一侧为单片拱,另一侧为双片拱,在接近拱顶区域分叉；边跨拱肋采用单片拱,拱轴线型为抛物线,一端支撑于边跨边墩,一端支撑于主跨拱肋分叉点；主跨吊杆单片拱侧采用单索面布置,梁上吊点位于中央分隔带内,双片拱肋侧采用空间索面,边跨吊杆采用单索面布置,梁上吊点位于中央分隔带内；箱梁采用扁平钢箱梁,梁高3.5 m,标准宽度34 m,中墩拱梁结合段处顺应总体布置需要逐渐变宽至最大桥宽43 m。主桥MIDAS CIVIL计算模型见图3。