面向无应力状态法的斜拉桥大范围调索技术

2020-01-13陈潮雨

黑龙江交通科技 2020年11期

肖鹏，陈潮雨

(贵州省交通规划勘察设计研究总院股份有限公司，贵州贵阳 550000)

在斜拉桥施工中，大范围调索是一道重要工序，但采用传统方法进行计算和调索时，会受到很多外界因素的影响与限制，到最后可能无法实现大范围调索。而无应力状态方法的出现和使用，能有效解决这一实际问题。

1 工程概况

某桥梁工程所在道路是市区路网规划重要干道，该桥梁是斜拉桥，单塔双索面，跨径组合为39.9 m+89.1 m+151 m，主塔采用H型整体结构，主梁以浇筑顺序为依据分成五个节段，每段的长度不同，其中，第一段长度为104.2 m，第二段长度为44.8 m，第三段长度为54.6 m，第四段长度为32.0 m，最后一段长度为4.2 m。主塔对称设置了18对索，将其记作Z1-Z18与Y1-Y18。斜拉索索距确定为7.8 m，而边跨伴随节段长度改变而变化，索距主要有三种，分别为7.8 m、7.3 m与4.25 m。借助软件建立桥梁的有限元模型，对于塔、梁结构采用梁单元进行模拟，而对于索单元采用悬链线索单元进行模拟。同时参考影响矩阵原理，对成桥状态达到合理时的拉索索力进行确定，最后对无应力索力进行计算。

2 以无应力状态为基础的大范围调索

根据该桥梁工程的施工流程，将斜拉索设置并初张拉好以后，从1#索开始按照从内到外的顺序实施张拉。该桥梁的斜拉索数量很多，所以只将第15到最后一个索为例，采用无应力状态的方法进行调索，并和传统的方法进行对比，以验证无应力状态方法的合理性、可行性及优越性。

将第15斜拉索在到位张拉之前所处的实际状态作为状态一，而最后斜拉索在到位张拉之前所处的实际状态作为状态二。其中，状态一对应的斜拉索参数包括：第15斜拉索的索力和索长分别为2 072.66 KN、1 965.18 KN和125.379 8 m、133.388 9 m；第16斜拉索的索力和索长分别为2 100.21 KN、2 042.65 KN和129.9380 m、141.117 5 m；第17斜拉索的索力和索长分别为2 109.17 KN、2 132.13 KN和134.403 6 m、148.899 7 m；最后斜拉索的索力和索长分别为2 226.94 KN、2 189.72 KN和138.841 9 m、156.624 5 m。状态二对应的斜拉索参数包括：第15斜拉索的索力和索长分别为6 012.49 KN、5 732.15 KN和125.167 2 m、133.137 2 m；第16斜拉索的索力和索长分别为6 152.89 KN、5 956.35 KN和129.711 5 m、140.840 9 m；第17斜拉索的索力和索长分别为6 167.13 KN、6 246.95 KN和134.169 0 m、148.592 9 m；最后斜拉索的索力和索长分别为6 478.85 KN、6 397.96 KN和138.588 0 m、156.341 0 m。

采用无应力状态的方法，仅需要按照经计算确定的斜拉索在没有应力的状态下的索长变化值实施张拉及放松就可以，张拉过程不会受到工序、荷载、温度等因素的影响。其中，第15斜拉索的索力和无应力状态下的索长增加量分别为3 939.83 KN、3 766.97 KN与212.51 mm、251.66 mm；第16斜拉索的索力和无应力状态下的索长增加量分别为4 052.68 KN、3 913.71 KN与226.54 mm、276.59 mm；第17斜拉索的索力和无应力状态下的索长增加量分别为4 057.96 KN、4 114.82 KN与212.51 mm、251.66 mm；最后斜拉索的索力和无应力状态下的索长增加量分别为4 251.91 KN、4 208.24 KN与253.94 mm、283.53 mm。如果采用传统方法通过对索力的控制实现斜拉索调整，则要经过四个阶段才可以完成到位张拉，同时对斜拉索进行张拉时还要充分考虑包含工序、荷载与温度等在内的多种因素，如果其中一种因素产生变化，都要重新对索力进行计算。基于传统方法的状态转变工序为：首先，对15#两条对称的斜拉索进行同时张拉，其它斜拉索均不主动张拉；然后，对16#两条对称的斜拉索进行同时张拉，其它斜拉索均不主动张拉；之后，对17#两条对称的斜拉索进行同时张拉，其它斜拉索均不主动张拉；最后，对最后两条对称的斜拉索进行同时张拉，其它斜拉索均不主动张拉。按照以上工序进行张拉实际上就是分阶段成桥，采用迭代法能计算确定不同工序对应的索力和在无应力状态下的索长。

在计算确定了不同工序对应的索力和在无应力状态下的索长后，可以为斜拉索张拉提供指导，具体为：第一道工序：将15#两条对称的斜拉索同时张拉至6 805.49 KN和6 297.31 KN；第二道工序：将16#两条对称的斜拉索同时张拉至6 766.41 KN和6 418.55 KN；第三道工序：将17#两条对称的斜拉索同时张拉至6 591.85 KN和6 614.79 KN；第四道工序：将最后两条对称的斜拉索同时张拉至6 478.85 KN和6 397.96 KN。在实际施工过程中，荷载与温度等和计算模拟结果不一致，导致张拉完成后斜拉索所处状态和目标状态有很大的偏差，无法进行大范围调索，这是采用这一传统方法时必须重视的问题。

为进一步阐述无应力状态的方法的基本原理，可将第一道工序对应的索力与无应力状态的索长和状态一各项参数相减，以获得参数的增量，记作增量一；然后将第二道工序对应的索力与无应力状态的索长和第一道工序对应的索力与无应力状态的索长相减，以获得参数的增量，记作增量二；再将第三道工序对应的索力与无应力状态的索长和第二道工序对应的索力与无应力状态的索长相减，以获得参数的增量，记作增量三；最后将第四道工序对应的索力与无应力状态的索长和第三道工序对应的索力与无应力状态的索长相减，以获得参数的增量，记作增量四。

根据以上增量，对某一根斜拉索进行张拉时，除了它的索力会发生很大的变化，其它斜拉索的实际索力也会产生一定变化；但无应力状态下的索力却保持稳定，只在主动张拉后才会发生明显的变化，同时，对斜拉索实施主动张拉后，无应力状态下的索长变化和索力变化都是唯一对应。通过对比可知，无应力状态下的索长改变量基本一致。基于此，当在大范围调索过程中使用无应力状态的方法时，主要无应力状态下的索长和成桥时无应力状态下的索长一致，就能使张拉以后的结构受力实际状态达到目标，和张拉顺序之间没有任何关系，也不会受到荷载与温度等因素的影响。