基于单根影响矩阵的钢管混凝土拱桥索力调整方法

吴昌霞 王龙林 王华 张磊

摘要：文章以一座净跨为220 m的钢管混凝土桁架式中承拱桥施工控制项目为依托，针对同一对吊杆上、下游索力偏差较大的情况，在常规影响矩阵的基础上，提出改进的单根索力影响矩阵方法，并结合数值仿真理论和迭代算法，提出确定混凝土桁架式中承拱桥吊杆成桥索力调整方案的方法。该方法利用有限元数值模型计算单根吊杆张拉的影响矩阵，通过迭代算法，求解吊杆索力调整值;同时对依托工程的吊杆张拉索力调整方案进行设计，通过有限次的迭代运算，可使最终的计算成桥吊杆索力与目标索力的偏差达到5%以下，并通过实测成桥索力与设计值对比验证了该方法的可行性。结果表明，实测成桥索力与目标成桥索力误差满足工程要求。

关键词：钢管混凝土拱桥;吊杆;影响矩阵;索力调整

With the construction control project of a CFST trusstype halfthrough arch bridge with a net span of 220 m，this article proposes an improved singlecable force influence matrix method on the basis of conventional influence matrix for the case of large deviation between the upstream and downstream cable force of the same pair of booms，then，combining the numerical simulation theory and iterative algorithm，it proposes a method to determine the cable force adjustment scheme for the completed bridge of concrete trusstype halfthrough arch bridge boom.This method uses the finite element numerical model to calculate the influence matrix of singleboom tension，and solves the cable force adjustment value of the boom by the iterative algorithm;meanwhile，it designs the suspension cable force adjustment scheme of this project，then，through the limited number of iterative operation，it can make the deviation between the cable force of final calculated completed bridge boom and the target cable force to less than 5%，and verifies the feasibility of this method by comparing the measured completed bridge cable force with the design value.The results show that the error between measured completed bridge cable force and the target completed bridge cable force meets the engineering requirements.

Concretefilled steel tubular arch bridge;Boom;Influence matrix;Cable force adjustment

0 引言

格子梁安装是钢管混凝土桁架式中承拱桥的关键施工工序之一。格子梁安装一般采用预制节段拼装的形式进行，每安装一个节段，同步进行一对吊杆的挂索施工，并进行相应的吊杆张拉，直至全桥格子梁合龙。在实际的施工过程中，格子梁合拢后吊杆的索力状态往往与设计的成桥索力状态存在一定的偏差，并且同一对吊杆中上、下游的索力同样存在偏差，需要对各吊杆进行索力调整，以达到设计成桥索力的状态[1][2]。因此，根据设计的成桥索力确定吊杆张拉过程中的索力调整方案是吊杆张拉施工的核心任务[3]。

由于钢管混凝土桁架式中承拱桥的格子梁属于柔性结构，在分批进行吊杆索力调整的张拉过程中，随着结构的变形、内力的重分布，各批次张拉的吊杆之间必然会存在相互影响[4]。钢管混凝土桁架式中承拱桥的格子梁属于高次超静定结构，单根吊杆索力的调整对其余吊杆索力的影响规律十分复杂，确定吊杆索力的调整方案变得十分困难[5]。通常借助数值仿真计算，结合影响矩阵的方法，利用当前索力、目标索力、由施工顺序确定的影响矩阵、需调整的索力四者之间的确定性关系，来求解调整索力[6]。但是常规的影响矩阵方法是将一对吊杆作为整体来考虑的，而对于同一对吊杆中上、下游索力存在偏差的情况，采用常规的影响矩阵方法无法得到较为理想的调索方案。

针对上述问题，本文以净跨220 m钢管混凝土桁架式中承拱桥施工控制项目为依托，在常规影响矩阵方法的基础上，进行算法改进研究，目的是为提出基于单根影响矩阵的钢管混凝土拱桥索力调整方法，解决同一对吊杆中上、下游索力存在偏差的情况下，钢管混凝土桁架式中承拱桥成桥索力调整方案的确定问题，为此类桥梁的吊杆张拉施工控制提供参考。

1 基于单根影响矩阵方法的钢管混凝土拱桥吊杆索力调整方案确定方法

1.1 常规影响矩阵进行吊杆成桥索力调整量的求解原理

3 结语

基于单根影响矩阵的钢管混凝土拱桥吊杆索力调整方案确定方法可以方便快速地确定上下游存在索力偏差的吊杆索力调整方案，解出单根吊杆的索力调整值，所确定的计算成桥索力可以达到较高的精度。实际工程的实测结果表明，实测成桥索力与设计成桥索力的偏差较小，满足工程要求。本文方法可有效地应用于吊杆索力调整工程中，并且具有较高的精度。

参考文献：

[1]Liu Hanbing，Wang Longlin，Tan Guojin，et al.An adjusting method for the Suspender Force of continuous beam arch combination bridge based on Influence Matrix[J].Applied Mechanics and Materials，2013，vol.（275-277）：1082-1085.

[2]方 鸿，高 琼.影响矩阵法在系杆拱桥施工调索中的应用[J].中外公路，2014，34（6）：146-148.

[3]陈 敏，赵阳阳.桁式组合拱桥拆桥施工双影响矩阵法索力优化研究[J].公路，2018，63（11）：136-140.

[4]高晨珂，金 辉，徐 岳.中下承式钢管混凝土拱桥吊杆更换的索力监控[J].中外公路，2014，34（1）：190-193.

[5]姜俊杰，唐小兵，李 芬.军都山斜拉渡槽换索施工控制及调索分析[J].中外公路，2017，37（5）：131-135.

[6]梁 棟，马金龙，刘志强，等.拱、弯梁与索空间组合桥梁的成桥调索方法[J].公路交通科技，2016，33（8）：86-91，105.