大跨度单肋拱桥吊杆张拉过程分析

作者:梁海灵 刊名:交通科技 上传者:臧红霞

【摘要】采用Midas/Civil有限元软件建立干沟桥平面有限元模型,运用无应力状态法对拱桥的吊杆张拉顺序、张拉次数及张拉时机进行了对比分析计算,得到了较为合理的2轮张拉的吊杆张拉方案,并成功运用到施工控制过程中。

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1工程概况干沟大桥地处庄河市环城路东段,跨越庄河处河面宽约270m,属于城市主干道上的特大桥梁。干沟大桥全长272.13m,桥面宽35m,是单支撑面的下承式系杆拱桥。干沟桥设计拱轴线采用二次抛物线,拱肋净跨247.0807m,矢高55.5m,矢跨比约1/4.5。拱肋采用钢箱截面,加劲梁采用预应力混凝土箱梁同时作为拱桥的系杆,拱肋和主梁相交部位采用钢混结合段,拱脚4m范围内拱肋截面采用混凝土外包钢箱截面形式。加劲梁纵坡为1.5%,竖曲线半径R=5000m,吊杆间距沿顺桥向为7m。图1、图2分别为干沟桥立面图和拱肋标准断面图。图1干沟大桥立面图(单位:m)图2拱肋标准断面图(单位:mm)2吊杆张拉过程的几个问题干沟桥采用先梁后拱的施工方案,其吊杆张拉方案涉及到以下几个方面的问题[1-4]:(1)吊杆张拉次数的确定,常用的有1次张拉法、初张拉和调整张拉的2次张拉法以及多次调整张拉法。1次张拉到位的张拉方法可以达到简化张拉工序和缩短工期的目的,如果1次张拉方案能保证整个桥梁各构件安全,应该是本桥吊杆张拉的首推方案。对于先梁后拱施工工艺,影响吊杆张拉次数的另一个关键因素是主梁和主拱的受力,当采用1次张拉到位工艺时,有可能张拉过程中的个别吊杆力过大,或导致主梁或主拱部分节段受力不合理,此时,就必须采用2次张拉工艺或多次张拉法。(2)吊杆张拉各阶段对应的张拉时机选择,即吊杆的初张拉或调整张拉安排在哪个施工阶段进行。无论是1次张拉还是2次张拉法,都涉及到预应力与吊杆配合张拉的过程。根据干沟桥施工设计流程,吊杆张拉阶段是在支架浇筑混凝土主梁和拱肋、张拉部分纵向预应力、转体吊装钢拱肋之后,吊杆张拉过程配合纵向预应力同时张拉。实际施工过程中,干沟桥主梁浇筑完成后施工单位已经张拉了底板和腹板预应力,顶板预应力尚未张拉。因此,1次张拉法应考虑吊杆张拉前张拉顶板预应力,还是吊杆张拉到位后张拉顶板预应力的问题;2次张拉法应当考虑第一轮张拉后张拉顶板预应力,还是两轮都张拉完毕再张拉顶板预应力的问题。(3)吊杆张拉各阶段对应的张拉顺序选择,即在吊杆的初张拉或调整张拉时采用何种顺序进行,是否需要对称张拉。对吊杆力的最终结果而言,与吊杆张拉的次序是无关的。然而,在实施张拉过程中,需选定次序。在验算每张拉一根吊杆时,不但要求结构能安全地承受内力变化,而且要尽量使结构内力和挠度变化幅度最小。干沟桥的张拉顺序采用对称张拉,从L/4、3L/4处分别向两边的顺序左右交替对称张拉,吊杆编号从左至右为133号。3分析方法及有限元模型拱桥吊杆张拉,最主要的工作就是确定吊杆的张拉索力,实际是要确定满足最终成桥目标状态要求的中间施工过程理想状态,倒拆法、正装迭代法及无应力状态法是常用的3种分析方法。无应力状态法分析的基本思路[5-6]:采用完全线性理论对桥梁结构进行解体,只要保证单元无应力长度和曲率不变,无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。对于下承式拱桥而言,理想成桥状态确定之后,吊杆的无应力长度及拱肋、主梁的无应力曲率就惟一确定。在吊杆张拉计算过程中,按张拉顺序代入各吊杆无应力索长,就能最终得到理想成桥状态。与正装迭代或倒拆分析法相比,无应力状态法概念明确,并可以节约大量的计算工作量。本文运用无应力状态控制法进行吊杆张拉方案分析计算。其中吊杆采用索单元,其余杆件采用梁单元。上部结构计算模型共由596个节点,596个梁单元,33个索单元组成,见图3。由于是对张拉方案的可行性探究分析,下文计算过程读取的均为各工况、各步骤最大应力。由混凝土收缩、徐变带来的安装完成状态与理想成桥状态的差

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