基于杆系钢箱梁拱桥实体工程的张拉吊索索力监控偏差分析

王先伟，张东旭

(辽宁省交通高等专科学校 沈阳市 110122)

0 引言

本论文实体工程是沧州南北绕城公路工程南段项目的一座杆系钢箱梁拱桥，位于沧县中学西北肖家园村南，横跨南运河，桥梁中心桩号K89+985，桥梁结构采用跨径100m下承式钢箱系杆拱，矢跨比1/5，三拱肋设横撑，下部结构采用承台钻孔灌注桩基础，设计角度90°。共分3条拱肋，每条拱肋有17根吊索，吊索间距为5m，D1～D9对称分布，吊索分布示意图如图1所示。

图1 吊索分布示意图

对南运河大桥三条拱肋(南边拱肋、北边拱肋、中拱肋)下的吊索首轮张拉索力(50%设计索力值)进行监控，其监控值与张拉理论值进行偏差对比研究[1-2]。

1 索力监测方法

利用长沙金马的JMM-268索力动测仪，进行南运河大桥三条拱肋的吊索索力的监控工作，依次对称张拉全桥三条拱肋共51根吊索，纵桥向张拉顺序为D9>D7>D5>D3>D1，D8>D6>D4>D2，横桥向为先中拱肋后边拱肋[3-4]，监控索力测量过程如图2所示。

图2 南运河大桥吊索索力监控测量过程

依照测量出的每根吊索的频谱图，输入n值，得到对应的f的主频频率，根据式(1)计算出该索索力值。

F=4f2·W·L2

(1)

式中：F—吊索索力值(kN)；

f—索力监控仪的监控基频(Hz)；

W—吊索线密度(kg/m)；

L—参与振动的实际索长(m)。

2 检测数据

南运河大桥首轮张拉50%的设计索力值，通过建模得到的吊索首轮张拉工况下的理论索力值与监测出的索力主频频率的索力计算值进行对比[5-7]。

2.1 理论索力值

通过迈达斯桥梁软件建模得到南运河大桥吊索首轮张拉过程中理论索力值及其变化值[8]，具体数据见表1。

表1 吊索首轮张拉过程中理论索力值数据表(单位：kN)

2.表中灰色框标示的为该吊索首轮张拉控制力

2.2 实际监控索力值

根据监测的吊索频率经式(1)计算，得到拱肋吊索索力监控值，南北两侧边拱肋索力监控值取平均值以及中拱肋监控值汇总数据见表2。

表2 吊索首轮张拉过程实际索力监控值数据表(单位：kN)

2.表中灰色框标示的为该吊索首轮张拉控制力

由表1和表2可看出，利用索力监测仪监测数据，相比于理论索力值偏大的情况较多，占82.4%，而且偏小情况的绝对值也较小。偏大情况的绝对值最大为100kN，偏小情况的绝对值最大为19kN。

3 数据分析

依据表1和表2的数据，每种工况的实际监测数值与理论值平均偏差结果如图3所示。

图3 实际监测数值与理论值平均偏差

由图3显示，与吊索理论值相比较，实际监测数值平均偏差都为正值，且平均值为13.59%。中前期张拉工况阶段偏差相对平稳，最大偏差发生在后期张拉工况阶段，说明主梁落架前，是所有吊索受力重分配的重要阶段，主梁落架后趋于平稳。

依据表1和表2的数据，每种工况下，中拱肋和边拱肋的实际监测数值与理论值平均偏差标准差结果如图4所示。

图4 中拱肋和边拱肋的实际监测数值与理论值平均偏差标准差

由图4显示，在每种工况下，中拱肋下吊索的实测监测索力数值与理论值平均偏差的标准差整体趋势大于边拱肋吊索的，并且边拱肋吊索的标准差变化平稳，说明张拉吊索时，中拱肋吊索索力的重新分布变化明显，中拱肋下的吊索索力变化是监控的主要指标。

4 结论

(1)杆系钢箱梁拱桥索力监控仪监测索力数值相比于理论值偏大，且偏大值在10%～15%。

(2)在吊索张拉施工阶段，中前期张拉工况的索力监测值偏差相对平稳，后期张拉工况直至梁落架前的索力监测值偏差较大，是吊索受力重分配的重要阶段。

(3)张拉吊索时，中拱肋吊索索力的重新分布变化明显，是索力监控的主要指标。