基于吊杆张拉分析的系杆拱桥施工控制研究

作者:李悝 刊名:黑龙江交通科技 上传者:李松

【摘要】在拱桥施工过程中,如何对各吊杆进行合理的张拉,直接关系到施工的质量和安全,以及成桥状态下结构的内力和线形。基于对吊杆张拉方案的对比分析,对系杆拱桥的施工控制进行了一定的研究。

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0引言随着国民经济的发展,系杆拱桥在国内得到广泛的应用。随着泵送混凝土技术,应力技术以及各种施工工艺的发展,系杆拱桥以其跨越能力大、承载力高、空间用率高、节省材料、造价低和外形流畅美观等优势成为现代城市桥梁发展的方向。系杆拱桥中的吊杆一般可做成刚性吊杆或柔性吊杆两种形式。在系杆拱桥吊杆张拉过程中,吊杆是分批张拉的。期间伴随着结构的变形、系杆支承体系的转换及内力的重分布。前期张拉的吊杆力直接影响后期吊杆的张拉力,而后期张拉的吊杆亦对先期施工的吊杆的内力有着直接影响,从而最终影响全部吊杆张拉完毕后的力学性能。因此,对各吊杆进行施工控制是必要的。其目的也即是在各吊杆张拉施工阶段,确定该阶段吊杆正确的张拉力,以保证在吊杆全部施工完毕后,使各吊杆的预张力达到或接近控制期望值,最终使系杆内力满足期望的内力状态。1工程简介以L立交桥主桥改建工程为工程研究背景,是地区交通流量的主要疏散通道,也是通往市区和机场的重要道路。既有L立交桥主桥4#至7#为预应力箱梁结构,引桥0#至4#、7#至11#为T型预应力混凝土梁。全桥长498m,宽15.5m。新建L立交桥包括桥梁工程(主桥为钢结构形式,引桥为预应力混凝土箱梁结构形式),主桥(1#~4#)采用三跨连续坦拱钢构形式(51+55+51m),拱高度分别为7m、10.5m、7m。主桥全长为157m,宽28.8m;引桥(4#~11#)为预应力钢筋混凝土箱梁结构,引桥长度为235.33m,宽度为24m。桥梁总面积为10540m2。主桥桥面的车道布置为双向六车道。主桥为单箱多室钢箱梁。主桥三跨拱的高度分别为7m、10.5m、7m,矢跨比分别为17.3、15.2、17.3。拱肋中心线线形全部采用多次抛物线。拱肋截面采用矩形截面形式。吊杆:主桥吊杆采用不锈钢拉杆,吊杆端均采用叉耳式构造,吊杆中部设长度调节装置。全桥共81根吊杆,吊杆间距为4m。吊杆杆体直径除道路中心线处采用70mm外,其余均为50mm,强度等级为725N/mm2。2吊杆张拉方案确定在拱桥施工过程中,如何对各吊杆进行合理的张拉,直接关系到施工的质量和安全,以及成桥状态下结构的内力和线形。因此,确定合理的吊杆张拉力成为施工的重要环节。2.1有限元模型建立主桥吊杆采用不锈钢拉杆,吊杆端均采用叉耳式构造,吊杆中部设长度调节装置,在拱肋与吊杆的连接部位设置上吊耳,吊杆与主纵梁的连接部位设置下吊耳。利用桥梁有限元分析软件Midas/Civil建立了空间有限元分析模型,钢箱梁和拱肋采用板单元,吊杆采用桁架单元,全桥共有节点6097个,板单元8573个,其中桁架单元有81个,板单元有8492个。桥面铺装荷载1265N/m2,护栏荷载6250N/m2拱装饰荷载850N/m2。2.2吊杆张拉方案本桥为三跨坦拱钢结构拱桥,九片拱共81根吊杆,张拉其中某一根吊杆对周围吊杆的受力、拱肋及主梁的受力和线形均有影响,因此确定合理的吊杆张拉力,对确保施工安全,使结构受力和成桥线形满足设计要求显得尤为重要。根据实际施工过程中的分组对称张拉以及拱桥结构受力特点,对两种张拉方案进行比较研究,对各种张拉方案的吊杆张拉过程进行了数值模拟,求出了各施工阶段吊杆的受力,控制截面的内力及控制点的位移,对结果进行分析,从而得出合理可行的吊杆张拉方案。(1)方案一方案一采用自拱顶向拱底张拉,X拱、Y拱、Z拱同时张拉,先张拉~跨,再张拉~跨,最后张拉中间跨,最多同时张拉6根吊杆。经过倒拆得到的最大吊杆力为设计值的2倍左右,且经过正装分析检验,基本达到闭合,这说明此方法应用于本桥是可行的。由倒装法得到的吊杆张拉力如图1所

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