王胡鵬

（中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢 430034）

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法在拱肋線(xiàn)形調(diào)整中的應(yīng)用

王胡鵬

（中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢 430034）

以某采用纜索吊機(jī)斜拉扣掛法施工的大跨度鋼管混凝土拱橋?yàn)楸尘?，探討了無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法在該類(lèi)橋梁拱肋吊裝線(xiàn)形調(diào)整中的應(yīng)用。通過(guò)推導(dǎo)扣索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度變化量與索力變化量之間的關(guān)系，避免了傳統(tǒng)調(diào)索方法受調(diào)索次序影響的缺點(diǎn)，并在該橋?qū)嵺`中進(jìn)行了應(yīng)用。結(jié)果表明，該方法用于拱肋線(xiàn)形調(diào)整可以滿(mǎn)足工程要求。本文提到的線(xiàn)形調(diào)整方法可供同類(lèi)橋梁的施工控制參考。

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度鋼管混凝土拱施工控制

引言

纜索吊裝斜拉扣掛法是大跨度拱橋拱肋施工的一種主要方式[v]。該方法通過(guò)纜索吊裝系統(tǒng)將各個(gè)拱肋節(jié)段吊運(yùn)到位，與已經(jīng)施工好的拱肋節(jié)段對(duì)接，并通過(guò)千斤頂扣掛系統(tǒng)將其固定，直至合龍。該方法具有張拉能力大、索力調(diào)整方便、控制精度高和錨固可靠等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際施工中，由于誤差累積、索塔偏位、臨時(shí)荷載等影響，拱肋實(shí)際線(xiàn)形將偏離理論控制值。為了保證拱肋成拱后的內(nèi)力與線(xiàn)形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)拱肋線(xiàn)形進(jìn)行監(jiān)控[vi][vii]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)拱肋線(xiàn)形出現(xiàn)較大偏差時(shí)，可以通過(guò)張拉扣索進(jìn)行調(diào)整，類(lèi)似于斜拉橋中的“調(diào)索”。傳統(tǒng)的調(diào)索計(jì)算方法以索力作為控制量，每根索之間相互影響，某一根索力調(diào)整時(shí)，必將影響其他扣索。而無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法是指在一定的結(jié)構(gòu)體系和作用體系下，通過(guò)精確控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始幾何尺寸與形態(tài)（結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的控制為輔）來(lái)達(dá)到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)最終成橋幾何形態(tài)和內(nèi)力狀態(tài)控制的一種控制方法[viii][ix]。該方法以扣索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度作為控制量，直接得到扣索張拉前后索力增量與無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度變化量之間的關(guān)系，施工操作的自由度更大：通過(guò)計(jì)算扣索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度差，以錨頭拔出量（或放回量）調(diào)整拉索時(shí)，不受調(diào)索次序影響，精度更容易保證[x]。

工程背景

某橋主橋橋型為(60+180+60)m的飛雁式鋼管混凝土提籃式系桿拱橋，主橋長(zhǎng)300m。主拱和邊拱拱軸線(xiàn)均采用懸鏈線(xiàn)，主拱計(jì)算跨徑180m，面內(nèi)矢高45m，矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)m=1.5，主拱拱頂間距為20.1m。邊拱計(jì)算跨徑120m，面內(nèi)矢高16.021m，矢跨比為1/7.49，拱軸系數(shù)m=1.5。

圖1 橋型布置圖

該橋主拱肋分節(jié)段在工廠預(yù)制而成，現(xiàn)場(chǎng)采用纜索吊機(jī)斜拉扣掛法施工。主拱肋節(jié)段劃分如圖2所示，沿主跨中心兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分為S1～S5（西岸）及S1’～S5’（東岸）共10個(gè)節(jié)段，中部設(shè)置合龍段。東、西兩岸各布置5對(duì)扣索，1#～5#扣索均采用鋼絞線(xiàn)，彈性模量均為195000MPa，有效斷面積分別為560、840、840、1120和1400mm2。

圖2 主拱肋節(jié)段劃分圖

該橋在主拱肋合龍前，西岸扣塔發(fā)生了較大的偏位，且在S5節(jié)段端部有一100kN的臨時(shí)荷載，因施工條件限制，需要在主拱肋合龍后才能拆除。如圖3所示，當(dāng)前狀態(tài)下西岸半拱肋各扣點(diǎn)處標(biāo)高偏差最大達(dá)到了-0.111m，如果不對(duì)拱肋線(xiàn)形進(jìn)行調(diào)整，合龍段將無(wú)法以無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度安裝就位，主拱肋成拱后內(nèi)力與線(xiàn)形也無(wú)法滿(mǎn)足理論要求。

圖3 拱肋實(shí)際狀態(tài)高程偏差

扣索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度變化量與索力增量關(guān)系推導(dǎo)

如圖4所示，設(shè)定扣索張拉前后兩個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，其中結(jié)構(gòu)狀態(tài)1：扣索有應(yīng)力長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度為L(zhǎng)10，扣索斷面積為A，扣索的彈性模量為E，索力為F1，環(huán)境溫度為T(mén)1；通過(guò)給扣索施加張拉力，達(dá)到結(jié)構(gòu)狀態(tài)2：即扣索有應(yīng)力長(zhǎng)度變?yōu)長(zhǎng)2，無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度為L(zhǎng)20，索力為F2，并假定扣索張拉到位時(shí)環(huán)境溫度為T(mén)2。

圖4 兩種結(jié)構(gòu)狀態(tài)

根據(jù)以上描述，易得到如下關(guān)系式：

式(2)-式(1)，并整理可得：

假設(shè)單位力引起的扣索有應(yīng)力長(zhǎng)度變化量為ε，即：

聯(lián)立式(3)、式(4)：

式(6)中，ε代表索兩端結(jié)構(gòu)的剛度?？梢钥闯?，兩個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間的索力增量ΔF只與其無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度L10、L20及兩個(gè)狀態(tài)的溫度T1、T2有關(guān)。因此，以無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度作為控制量，避免了傳統(tǒng)方法進(jìn)行索力調(diào)整時(shí)受調(diào)索次序影響的缺點(diǎn)。

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法進(jìn)行拱肋線(xiàn)形調(diào)整

上一節(jié)推導(dǎo)了扣索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度改變量與索力增量之間的關(guān)系。本節(jié)利用推導(dǎo)結(jié)果，利用midas Civil分別建立該橋理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的計(jì)算模型，計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)的扣索信息（包括：扣索錨點(diǎn)坐標(biāo)、扣點(diǎn)坐標(biāo)、無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度及當(dāng)前階段的索力等）。

計(jì)算模型如圖5所示，兩個(gè)狀態(tài)扣索錨點(diǎn)坐標(biāo)及索力信息分別如表1～表2所示。

圖5 主拱肋大懸臂階段計(jì)算模型

表1 理想狀態(tài)扣索信息表

表2 實(shí)際狀態(tài)扣索信息表

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，將拱肋線(xiàn)形偏差轉(zhuǎn)化為兩個(gè)狀態(tài)扣索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的偏差，利用前述推導(dǎo)公式，容易計(jì)算出各扣索需要施加的調(diào)整力，如表3所示：

表3 拱肋線(xiàn)形調(diào)整索力增量計(jì)算表

將表3計(jì)算得到的索力增量施加于實(shí)際狀態(tài)計(jì)算模型，可得到調(diào)索后的拱肋線(xiàn)形。如圖6所示：通過(guò)張拉扣索進(jìn)行線(xiàn)形調(diào)整后，各扣點(diǎn)高程偏差明顯減小。對(duì)線(xiàn)形進(jìn)行調(diào)整后，主拱肋各控制點(diǎn)高程偏差值最大為-0.018m，小于L/3000=0.060m，滿(mǎn)足控制要求。

圖6 線(xiàn)形調(diào)整后各扣點(diǎn)高程偏差

結(jié)語(yǔ)

從以上分析結(jié)果可以看出，無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法通過(guò)扣索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度作為控制量，避免了傳統(tǒng)調(diào)索計(jì)算中受調(diào)索次序影響的缺點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)將拱肋線(xiàn)形偏差轉(zhuǎn)化為扣索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度差的方式，確定出拱肋線(xiàn)形調(diào)整所需要的扣索張拉力。結(jié)果表明，該方法可以滿(mǎn)足工程要求，可供同類(lèi)橋梁施工控制參考。

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TU714

B

1007-6344（2016）02-0236-02

王胡鵬（1988.03---），男，漢族，山西長(zhǎng)治人，碩士研究生，中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，主要研究方向：大跨度橋梁施工控制及健康監(jiān)測(cè)。