摘 要：本文計算了存在水平位移的某吊裝塔架在有鉸與無鉸情形下的應(yīng)力和變形。說明了鉸在塔架中的作用，扣塔水平位移小，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的剛性作用，吊塔水平位移稍大，主要承受彎矩。指出了設(shè)鉸的影響因素，取決于塔架強度、塔頂水平位移、主跨大小等。結(jié)果表明有鉸的吊裝塔架是較為經(jīng)濟的施工方案。該結(jié)論可供同類工程參考。

關(guān)鍵詞：鉸；吊裝塔架，應(yīng)力，位移

中圖分類號：TH213.3 文獻標識碼：B 文章編號：1008-0422(2007)05-0103-03

1 吊裝塔架介紹

某施工單位根據(jù)實際情況提出了纜索吊裝斜拉扣定塔架和扣架一體化的施工方案?？鬯⒂?＃、7＃墩拱座頂面，扣塔與拱座連接形式為固結(jié)，桿件埋人拱座內(nèi)，扣塔采用乙型萬能桿件組拼成雙柱門式塔，塔高約為93m。吊裝索塔立于扣塔塔頂，采用乙型萬能桿件組拼成雙柱門式，塔高約20m。吊塔與扣塔的連接形式為鉸接，在拼裝過程中先固定，在穩(wěn)定措施布置完成后解除固定，恢復(fù)鉸接。吊塔橫向穩(wěn)定性通過布置橫向抗風索來實現(xiàn)，吊塔上下游兩側(cè)各布置兩組(每組2中28mm)鋼絲繩作浪風索。在扣塔兩側(cè)加設(shè)扣塔平衡索作為穩(wěn)定措施以保證塔架正常、安全的工作。

2 鉸的計算與分析

2．1 基本假定

鉸的計算與分析是在以下幾個基本條件進行的。

a 以委托單位提供的塔架為計算模型，

b 萬能桿件的許可應(yīng)力[a]=200Mpa；

c 有鉸塔頂部允許最大水平位移為23cm；

d 不考慮水平平衡索的作用。

2．2 鉸的計算

當扣索在主索最大垂直力、風載按集中荷載模擬以及重力作用下，結(jié)構(gòu)的載荷情況最為不利。利用Ansys有限元軟件，建立有限元模型。計算了塔架在最不利載荷情況下，塔頂水平位移從零到最大容許位移23cm時，有鉸塔和無鉸塔的最大應(yīng)力和位移，給出了在塔頂水平位移為23cm和零的情況下，有鉸塔和無鉸塔最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力。

有鉸塔最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力不隨塔頂水平位移變化而變化。無鉸塔最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力隨塔頂水平位移增大而增大。

根據(jù)計算，可以得到有鉸塔與無鉸塔最大變形與塔頂水平位移的關(guān)系，最大壓應(yīng)力與塔頂水平位移關(guān)系，最大拉應(yīng)力與塔頂水平位移關(guān)系，無鉸塔最大變形部位在塔頂；無鉸塔最大壓應(yīng)力部位在錨箱底部靠近主拱肋的一側(cè)；無鉸塔最大拉應(yīng)力部位，當塔頂水平位移在12cm以內(nèi)時位于風荷載的集中作用處，當塔頂水平位移在12cm至23cm時位于錨箱上部靠近邊拱肋的一側(cè)。當塔頂水平位移變化時，無鉸塔最大變形部位和最大壓應(yīng)力部位沒有變化，最大拉應(yīng)力部位有所變化。

有鉸塔最大變形部位，當塔頂水平位移約在6cm以內(nèi)時位于錨箱，當塔頂水平位移約在6cm至23cm時位于塔頂；有鉸塔最大壓應(yīng)力部位在錨箱底部靠近主拱肋的一側(cè)；有鉸塔最大拉應(yīng)力部位在風荷載的集中作用處附近。當塔頂水平位移變化時，有鉸塔最大壓應(yīng)力部位和最大拉應(yīng)力部位沒有變化，最大變形部位有所變化。

無鉸塔的最大變形小于有鉸塔，說明此時塔結(jié)構(gòu)剛度較大，能承受較大彎矩而變形較小。特別是塔頂水平位移在6cm以內(nèi)時尤為明顯。

最大壓應(yīng)力與塔頂水平位移關(guān)系曲線可以劃分為三個階段。第一階段，塔頂水平位移從0cm至6cm，在這一范圍內(nèi)，無鉸塔最大壓應(yīng)力略低于有鉸塔，且隨塔頂水平位移的增大兩者愈加接近。第二階段，塔頂水平位移從6cm至18cm，在這一范圍內(nèi)，無鉸塔最大壓應(yīng)力略高于有鉸塔，且隨塔頂水平位移的增大兩者愈加分開。第三階段，塔頂水平位移從18cm至23cm，在這一范圍內(nèi)，無鉸塔最大壓應(yīng)力遠大于有鉸塔，已超出許可應(yīng)力200，而有鉸塔最大壓應(yīng)力仍在許可應(yīng)力之內(nèi)。

在0cm至12cm內(nèi)，有鉸塔與無鉸塔最大拉應(yīng)力較為接近。在12cm至23cm范圍，無鉸塔最大拉應(yīng)力急劇上升。

2．3 鉸的作用

對有鉸塔而言，可以認為是一個結(jié)構(gòu)兩種作用。利用鉸將扣塔和吊塔連接成一個整體結(jié)構(gòu)。其中扣塔水平位移小，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的剛性作用。吊塔水平位移稍大，主要承受彎矩。但同時要求嚴格控制塔頂水平位移。

對無鉸塔而言，只有在塔頂水平位移較小時才滿足強度條件。如考慮萬能桿件的折舊，按許可應(yīng)力80％計算，允許塔頂水平位移要求被控制在11cm之內(nèi)。這無疑對施工控制提出更高要求。如對塔架進行加強，將加大施工成本。

2．4 設(shè)鉸的影響因素

吊裝是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，塔在這一施工過程中將起決定性作用，是橋的生命所在。根據(jù)以上分析，設(shè)鉸與否的影響因素主要是下面幾點

(1)塔架強度。如塔架具有足夠的強度，則不需設(shè)鉸。當然這要耗費較多的萬能桿件。

(2)塔頂水平位移。在一定的強度條件下，如水平位移較小，不必設(shè)鉸。如水平位移較大，則有鉸塔的力學(xué)性能優(yōu)于無鉸塔。

(3)主跨大小。實際上，塔頂水平位移是與塔高相關(guān)的，而塔高取決于主跨大小。因此，在一定的強度條件下，設(shè)鉸與否最終取決于主跨大小。

3 結(jié)論

通過以上分析，在主跨368m、塔頂水平位移23cm的情形下，較為經(jīng)濟的方案是有鉸塔。該塔一個結(jié)構(gòu)兩種作用，利用鉸將扣塔和吊塔連接成一個整體結(jié)構(gòu)，與分離式相比可以節(jié)約桿件40-50％。其中扣塔剛性大，水平位移小，便于主拱線形和拱肋位移的控制。吊塔水平位移稍大，主要承受主纜水平力，同時要求嚴格控制塔頂水平位移。從力學(xué)性能上來看，有鉸塔相當于無鉸塔的壓桿長度減少約20m。其穩(wěn)定性也相應(yīng)提高。