大跨度结合梁斜拉桥制造线形控制与分析

作者:卜一之;孙才志 刊名:重庆交通大学学报(自然科学版) 上传者:王丽静

【摘要】研究了零初始位移法和切线初始位移法的关系,介绍了2种制造预拱度的计算方法,及制造线形的计算过程。以江津观音岩长江大桥为背景,通过桥梁施工时的实测数据与理论数据对比,验证了理论的准确性和实用性。

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用悬臂浇注施工的斜拉桥,梁段的浇注和安装是在同一施工过程同一施工状态中完成的,二者相互协调。对于悬臂拼装施工的斜拉桥而言,主梁的制造和拼装分为2个过程,这2个过程对应2种施工状态。梁段制造是在制梁场,在胎架上进行的,梁段的重量由胎架来承担,重力不引起梁段之间的相对变形。在拼装的时候,梁段处于悬臂状态,梁段的重力和施工荷载要引起主梁挠度。从整个施工过程来看,悬臂浇注施工方法中主梁对应成桥阶段和施工阶段2种状态,悬臂拼装施工方法[1]主梁将涉及到3种不同的线形:成桥线形、制造线形以及安装线形。成桥线形是指桥梁修筑完成后所需要达到的线形;制造线形是主梁在制造过程中零应力状态下的线形;安装线形是指主梁在拼装过程中各新安装节段自由端连接成的线形。悬臂拼装斜拉桥施工控制最关键的问题就是选择合适的制造线形及安装线形,使得桥梁结构最终达到设计成桥线形。一般来说,悬臂拼装桥梁施工过程中梁段间夹角很难实现较大调整,在制造线形满足要求的条件下,可以在拼装过程中不对梁段间夹角进行调整,按制造线形安装某一梁段时,该梁段悬臂端将较好地达到理论安装目标线形。因此获得准确的梁段理论制造线形对于最终能否达到成桥目标状态至关重要。1制造线形计算1.1制造预拱度求解应用几何控制法[2]进行施工控制的斜拉桥,常用的主梁制造预拱度的求解方法有2种:基于零初始位移法模型的求解方法和基于切线始位移法模型的求解方法[3-5]。零初始位移法和切线初始位移法是对结构进行施工阶段分析时的2种不同的位移计量方式。零初始位移法是将新生成结点的初始位移指定为零,以该点为零点记录结点的累积位移值。切线初始位移法是将新结点初始位移指定到沿着已成梁段悬臂端切线上,把到结点偏移零位置的距离作为累积位移值。通常结构分析软件中结点的位移都是以结点生成时其所处的空间位置作为初始位置来计量位移的,所以即使是同一结构,如果单元的生成时间不同,则计算所得到的累积位移也会有所不同。因此,可以考虑利用不同的单元生成时间,建立基于零初始位移法和切线初始位移法2种不同位移计量方法的计算模型,实现对制造预拱度的求解。1.2基于零初始位移法模型的预拱度求解图1为3结点2单元结构的零初始位移法结点位移示意图,图中曲线为1号单元生成位置;曲线为1号单元加载后各结点位移;曲线为吊装2号单元时各结点位置,曲线为2号单元加载完成阶段的各结点位移。图1零初始位移法结点位移示意Fig.1Jointdisplacementwithzeroinitialdisplacementmethod由于在小位移假定下无论各结点初始位置在何处,对其竖向位移增量(挠度)均没有影响。因此如果将成桥阶段各结点的位移反拱,作为结点安装位置,则经过整个施工过程后,各结点刚好落到设计成桥线形上。也就是说主梁安装位置应满足以下关系:He=Hc-Hv(1)式中:He为安装线形;Hv为成桥竖向位移;Hc为设计成桥线形。但利用零初始位移法得到的位移反拱求解的是安装线形,求解制造预拱度需要利用切线初始位移法获得成桥竖向位移。现有的结构分析软件大多以零初始位移法为基础来计算累积位移的,那么如何利用现有计算模型中得到的位移来获取制造预拱度呢?这就需要了解零初始位移法与切线初始位移法之间的关系。单元安装阶段零初始位移法与切线初始位移法关系如图2。图2零初始位移法与切线初始位移法关系Fig.2Therelationshipbetweenzeroinitialdisplacementandtangentialdisplacementmethod从图2中可以看出,切线初始位移法与零初始位移法之间存在

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