单承载面下承式钢管混凝土拱桥吊杆张拉控制分析

作者:马亮 刊名:交通标准化 上传者:李昕

【摘要】吊杆的张拉控制是单索面下承式钢管混凝土拱桥施工控制中的重点。以青兰高速邯郸段跨南水北调大桥为工程实例,运用大型通用有限元程序ANSYS对其施工过程进行模拟。通过对吊杆实际监测数据与理论分析结果的比较分析,对吊杆张拉过程进行控制,对张拉顺序进行优化,为同类型桥梁的施工控制提供了参考。

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0引言钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建筑发展的新技术,它具有强度高、承载能力大、自重轻、桥型美观、跨越能力强、施工周期短的优点。但实践证明,大跨径拱桥施工阶段的应力和变形是非常复杂的,设计阶段的理论分析和模拟计算不可能完全反映实际的施工受力状态,因此对桥梁施工各重要阶段进行监控是十分必要的。吊杆的张拉力控制一直是钢管混凝土拱桥施工监控的重点。本文以青兰高速邯郸段跨南水北调大桥为实际工程背景,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,对该桥吊杆施工阶段的应力进行分析,通过与实际监测数据相比较,严格控制各工序的施工。通过监测数据分析和理论分析,对吊杆张拉过程及顺序进行优化。1工程背景青兰高速邯郸段跨南水北调大桥结构形式为单跨103.2m单承载面下承式钢管混凝土简支系杆拱桥。拱肋的理论计算跨径为100m,计算矢高为20.0m,矢跨比为1/5,理论拱轴线方程为:Y=4fx(L-x)/L2(坐标原点为理论起拱点)。桥面结构为整体箱梁体系,以提高结构的整体刚度。主梁总宽30.3m,建筑面积为3127.0m2,宽跨比为13.4;路线平曲线采用两侧不等长悬臂调整,主拱圈采用钢管砼结构,主拱圈轴线采用二次抛物线;吊杆采用OVM.GJ1527型钢绞线整束挤压吊杆,间距为5.35m。吊杆是本桥桥面荷载向拱肋传递的关键构件,它的内力分布状况对桥面系纵梁、拱肋受力有着重2012年2月第3期桥梁与隧道工程Bridge&TunnelEngineering大影响,是本桥监控的重点之一。吊杆力的监测是通过使用穿心式力传感器(锚索计)对其进行数据的测量。分别在拱肋1/2、1/4、3/4、1/8、7/8处及两拱脚处的吊杆上安装传感器,两侧共计安装传感器14个。传感器布设位置及安装如图1和图2所示。史村高叟传感器1(8)传感器2(9)传感器3(10)传感器4(11)传感器5(12)传感器6(13)传感器7(14)图1吊杆传感器布设位置图图2吊杆传感器安装图2吊杆初步张拉及结果分析吊杆不能一次张拉到位,应分次逐步达到设计吨位。如果吊杆一次张拉至设计吨位,后续吊杆张拉时,会使已经张拉的吊杆产生卸载效应,即待全部吊杆张拉完成后,前面的吊杆力已经不是设计吨位,这就是吊杆张拉的相互耦合影响。施工时建议分三次张拉到设计吨位,其中第一次张拉至设计张拉值的30%,第二次张拉至设计张拉值的80%,第三次张拉至设计张拉值的100%。本桥吊杆张拉顺序为:3#(15#)8#(10#)6#(12#)2#(16#)7#(11#)4#(14#)5#(13#)1#(17#)9#。吊杆第二次张拉结束后,通过振动法和预埋的传感器,对各吊杆力进行检测分析,得到吊杆力值变化曲线如图3所示。左侧吊杆力值右侧吊杆力值吊杆力设计值Nk/值力拉张20001500100050001234567891011121314151617180吊杆编号图3二次张拉吊杆轴力图通过对第二次张拉后的实测吊杆轴力进行分析,在前面两次张拉完毕后,各吊杆实际力值均小于二次张拉力控制值,且吊杆左侧力值普遍大于吊杆右侧力值。分析原因是:吊杆张拉过程中,由于各吊杆之间的耦合作用以及张拉完毕后吊杆回缩和工人对锚头的锁紧误差,致使先期张拉的吊杆力值损失较大;由于主梁右侧超高的缘故,使得吊杆张拉完毕交通标准化Bridge&TunnelEngineering桥梁与隧道工程图5拱肋全截面图图6吊杆对称张拉过程模拟图1ELEMENTSUROTFANSYSDEC17200917:47:27PLOTNO.1后,两侧吊杆力损失大小不一样,从而造成左右吊杆力值不等。3吊杆张拉调整方

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