钢箱系杆拱桥吊杆张拉顺序方案研究

作者:赵君委;邵志向;房永祥; 刊名:公路与汽运 上传者:耿海峰

【摘要】为确定某淮河大桥右汊航道桥(钢箱系杆拱桥)的吊杆张拉顺序,提出3种吊杆张拉方案,采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,使用倒拆分析法对比分析3种方案下的吊杆张拉控制力和结构内力。结果表明,从中拱对称向两边拱交替张拉的初始控制力良好,拱肋受力更均匀合理,推荐选择该方案进行施工。

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通过对吊杆张拉力、张拉顺序的调整,可改变施工过程中的结构受力,使其在成桥阶段达到合理受力状态。合理的吊杆张拉顺序不仅可有效改善施工过程中系梁和拱肋的受力情况,而且能保证结构内力线性变化。该文以钢箱系杆拱桥为研究对象,分析其在不同吊杆张拉顺序下的结构受力行为,据此选择合适的施工顺序。1工程概况某淮河大桥右汊航道桥为钢箱系杆拱桥,跨径布置为(110+180+110)m。拱圈及主梁均采用钢箱结构,拱肋系统由中拱肋、边拱肋及拱顶风撑等构件组成。顺桥向,中拱跨径180 m,立面矢高44.5m,拱轴线为悬索线;两侧边拱跨径110 m,立面矢高27.25m,拱轴线为悬索线。横桥向,全桥由双榀拱肋组成,拱肋间距29.5m。双榀拱肋间通过风撑连接,保证拱肋的横向稳定性,中拱设置7道风撑,边拱设置4道风撑。钢梁部分采用主纵梁、端横梁、中横梁及小纵梁共同组成钢梁格体系,桥面采用钢折板与砼组合桥面板。全桥系杆共96根,吊杆沿桥轴水平方向吊点标准中心距7.5 m,吊杆采用A15-19钢绞线整束挤压式拉索体系,采用HDPE护套索体防止风雨激振,上、下锚点均为穿销铰。以中拱跨中为轴线对称编号,编为24组,编号为H24→H1,桥梁上下游2根吊杆为1组,向北侧边拱编号HN24→HN1,向南侧边拱编号HS24→HS1,其中HN1、HS1、HN13、HS13、HN14、HS14为刚性吊杆,不需张拉。拱桥的吊杆编号见图1。段吊杆张拉控制力的方法有倒拆分析法、正装-倒拆迭代法、正装迭代法和影响矩阵法等。该桥采用倒拆分析法,当目标吊杆索力值确定后,根据倒拆分析法即可得到既定吊杆张拉顺序对应的吊杆张拉控制力。根据吊杆目标索力取值的不同,吊杆张拉方案可分为单批次张拉方案和多批次张拉方案。对于单批次张拉方案,通常将成桥吊杆索力设为目标吊杆索力,然后根据张拉顺序选择特定的算法确定吊杆初始张拉控制力;对于多批次张拉方案,需设定多级目标值。3桥梁有限元模型利用MIDAS/Civil建立该桥施工阶段模型,模拟分析吊杆张拉施工过程。模型共划分为8 793个节点、6 762个单元(见图2)。通过有限元软件对结构进行倒拆分析,计算每拆除一个施工阶段对剩余结构的影响,最终得到各吊杆的初始张拉力和吊杆张拉顺序。图2桥梁有限元模型4吊杆张拉方案分析4.1张拉控制力根据3种吊杆张拉方案对应的张拉顺序,采用倒拆分析法得到相应吊杆张拉顺序对应的吊杆张拉控制力,通过分析张拉过程中结构应力变化确定合理张拉顺序。每根吊杆对应的吊杆张拉控制力可视为这根吊杆张拉完毕时的吊杆索力,该吊杆索力在后续吊杆张拉过程中会发生变化(增大或减小,并逐渐变化至吊杆目标索力)。该桥采用对称张拉,选取北侧吊杆编号进行分析,吊杆张拉控制力见表1。由表1可知:1)方案1下,吊杆HN15的张拉控制力最大,为4 245kN,不符合规范要求;方案2下,吊杆HN7的张拉控制力最大,为3 355kN;方案1下的吊杆张拉控制力普遍大于方案2,可认为方案2优于方案1,即从中拱对称依次张拉优于从边拱对称依次张拉。2)对比分析张拉过程中初始表1 3种吊杆张拉方案下的吊杆张拉控制力吊杆编号吊杆张拉控制力/kN方案1方案2方案32 2 568(1)963(16)1 306(16)3 2 198(2)1 051(15)1 146(11)4 1 605(3)1 204(14)1 238(10)5 1 148(4)1 352(13)1 212(15)6 706(5)1 511(12)1 161(9)7 504(6)3 355(11)1 788(8)8 706(5)1 511(12)

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