付 飛

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

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簡(jiǎn)支系桿拱建模處理對(duì)吊桿力及變形的影響分析

付 飛

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

文章以一座56 m簡(jiǎn)支系桿拱橋?yàn)槔?，采用midas Civil軟件進(jìn)行建模，分析了簡(jiǎn)支系桿拱橋箱型主梁用單主梁和梁格法建模、考慮實(shí)體拱座和不考慮實(shí)體拱座建模對(duì)吊桿力及拱肋、主梁等變形的影響，并在施工過(guò)程中對(duì)吊桿力和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證建模處理方法的合理性，為同類型橋的建模分析提供參考。

簡(jiǎn)支系桿拱； 建模； 吊桿力； 變形； 監(jiān)測(cè)

1 主梁介紹

雙線鋼管混凝土簡(jiǎn)支系桿拱，上部結(jié)構(gòu)為1～56 m，計(jì)算跨徑為56 m，主梁全長(zhǎng)為58 m。拱肋平面內(nèi)矢高14 m，矢跨比f(wàn)/L=1∶4，拱肋線采用二次拋物線，拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土變截面，拱管內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土，拱肋之間設(shè)有5道一字形橫撐。吊桿采用平行布置，間距4 m，全橋共設(shè)11對(duì)吊桿。采用先梁后拱的施工方法，結(jié)構(gòu)布置示意見(jiàn)圖1。

圖1 簡(jiǎn)支系桿拱橋橋型布置示意

主梁采用等高度、單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，梁高1.4 m，頂板厚0.35 m，底板厚0.35 m，邊腹板厚0.8 m，中腹板厚0.35 m，中橫隔厚0.4 m，邊橫隔厚3 m。主梁橫截面見(jiàn)圖2。

圖2 簡(jiǎn)支系桿拱橋主梁截面

2 箱型主梁采用不同建模方式的結(jié)果

在對(duì)簡(jiǎn)支系桿拱橋進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工過(guò)程控制性計(jì)算[1]時(shí)，通常需要建立整體模型。為了簡(jiǎn)化建模過(guò)程，整體計(jì)算模型中針對(duì)箱型主梁，可采用單主梁模擬，或采用梁格法[2]將箱梁簡(jiǎn)化為縱梁和橫梁進(jìn)行模擬。

采用midas Civil軟件建立整體模型，分別按上述兩種對(duì)箱型主梁的模擬方法進(jìn)行建模，根據(jù)實(shí)際施工工況采用正裝分析，計(jì)算分析不同模擬方法時(shí)簡(jiǎn)支系桿拱橋成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力、主梁變形、拱肋變形等的結(jié)果。

midas Civil整體計(jì)算單主梁模型如圖3所示，梁格法模型如圖4所示。

圖3 單主梁模型

圖4 梁格法模型

成橋后，單主梁模型、梁格法模型的吊桿力如表1所示。

表1 單主梁、梁格法模型成橋后吊桿力

注：差值和偏差是相對(duì)于梁格法模型。

由表1可知，箱型主梁采用單主梁或梁格法進(jìn)行模擬，由于剛度分布、荷載分布等的變化，兩種建模處理方法得到的成橋索力有偏差，表中數(shù)據(jù)偏差不超過(guò)5 %。如果合理選取梁格法截面、準(zhǔn)確模擬荷載分布，吊桿力偏差會(huì)更小。

成橋后，單主梁模型、梁格法模型的拱肋豎向位移、主梁豎向位移如表2所示。

表2 單主梁、格子梁模型成橋后拱肋豎向位移 mm

注：表中負(fù)值表示向下位移，差值是相對(duì)于梁格法模型。

由表2可知，箱型主梁采用單主梁和梁格法進(jìn)行模擬，由于剛度分布、荷載分布等的變化，兩種建模處理方法得到的成橋后拱肋及主梁豎向位移有較大偏差。

因箱型主梁較寬，按寬箱梁梁格法理論，采用梁格法的建模處理方法結(jié)果更符合實(shí)際。

綜上所述，簡(jiǎn)支系桿拱橋建立整體模型時(shí)，寬箱型主梁采用單主梁模型對(duì)成橋后拱肋、主梁豎向位移影響較大，采用梁格法模擬寬箱梁較為合理。

3 拱座采用不同建模方式的結(jié)果

系桿拱橋拱座受力復(fù)雜[3]，為了分析拱座建模精度對(duì)整體計(jì)算模型的影響，分別建立了不考慮拱座實(shí)體(拱肋直接與主梁固結(jié))和考慮拱座實(shí)體(拱肋通過(guò)拱座實(shí)體單元與主梁連接)兩種模型。

采用midas Civil軟件建立整體模型，分別按上述兩種模擬方法進(jìn)行建模，根據(jù)實(shí)際施工工況采用正裝分析，計(jì)算分析不同模擬方法時(shí)簡(jiǎn)支系桿拱橋成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力、主梁變形、拱肋變形等的結(jié)果。

不考慮實(shí)體拱座的整體計(jì)算模型如圖5所示，考慮實(shí)體拱座的整體計(jì)算模型如圖6所示。

圖5 不考慮實(shí)體拱座的整體計(jì)算模型

圖6 考慮實(shí)體拱座的整體計(jì)算模型

成橋后，不考慮實(shí)體拱座、考慮實(shí)體拱座模型的吊桿力如表3所示。

由表3可知，不考慮實(shí)體拱座模型相比于考慮實(shí)體拱座模型計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，端部短吊桿吊桿力偏大，中部長(zhǎng)吊桿

表3 不考慮實(shí)體拱座、考慮實(shí)體拱座模型成橋后吊桿力

注：差值和偏差是相對(duì)于考慮實(shí)體拱座模型。

吊桿力偏小。尤其對(duì)端部靠近拱座的第一根短吊桿，不考慮實(shí)體拱座影響時(shí)，吊桿力比考慮實(shí)體拱座影響增大了19.2 %。因此，在整體計(jì)算模型中，不能忽略實(shí)體拱座對(duì)拱肋和主梁連接處剛度的影響。

成橋后，不考慮實(shí)體拱座、考慮實(shí)體拱座模型的拱肋豎向位移、主梁豎向位移如表4所示。

表4 不考慮實(shí)體拱座、考慮實(shí)體拱座模型成橋后拱肋豎向位移 mm

注：表中負(fù)值表示向下位移，差值是相對(duì)于考慮實(shí)體拱座模型。

由表4可知，不考慮實(shí)體拱座模型相比于考慮實(shí)體拱座模型計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，拱肋豎向位移、主梁豎向位移均偏大，平均差值約1 mm，最大差值1.5 mm，是由于考慮實(shí)體拱座影響模型主梁端部和拱腳連接部位整體剛度增大，位移變小。

綜上所述，簡(jiǎn)支系桿拱橋建立整體模型時(shí)，實(shí)體拱座對(duì)成橋吊桿力和拱肋、主梁豎向位移均有影響，尤其對(duì)拱座附近吊桿力影響較大，建模過(guò)程中不能忽略實(shí)體拱座的影響。

4 施工監(jiān)測(cè)

為了了解上述建模處理方法的理論分析結(jié)果與實(shí)際工程的偏差，驗(yàn)證所采用的建模處理方法的可行性，在56 m簡(jiǎn)支系桿拱橋施工過(guò)程中，對(duì)吊桿力、拱肋及主梁豎向位移進(jìn)行了施工階段監(jiān)測(cè)。

吊桿力監(jiān)測(cè)，采用壓力傳感器法[4]和頻譜分析法[5]相結(jié)合。壓力傳感器法是通過(guò)將穿心式壓力傳感器(又叫錨索計(jì)，型號(hào)為JMZX-3320AT，六弦，最大量程為2 000 kN)安裝于吊桿張拉端螺母與錨墊板之間，吊桿張拉過(guò)程中和張拉后可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊桿張力。頻譜分析法是用高靈敏度的動(dòng)測(cè)儀傳感器(拾振器，型號(hào)為JMM-268-A)采集吊桿在自由振動(dòng)下的振動(dòng)信息，通過(guò)索力動(dòng)測(cè)儀(型號(hào)為JMM-268-1)進(jìn)行頻譜分析得到吊桿的自振頻率，通過(guò)動(dòng)力平衡方程計(jì)算吊桿力。

成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力實(shí)測(cè)值與考慮實(shí)體拱座的梁格法模型理論值對(duì)比如表5所示。

表5 吊桿力實(shí)測(cè)值與考慮實(shí)體拱座的梁格法模型理論值對(duì)比

注：差值和偏差是相對(duì)于理論值。

由表5可知，成橋后，吊桿力實(shí)測(cè)值與考慮實(shí)體拱座影響的梁格法主梁模型理論值偏差在4 %以內(nèi)，滿足相關(guān)要求。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，系桿拱橋理論計(jì)算建模時(shí)，需要合理考慮實(shí)體拱座對(duì)主梁端部和拱肋拱腳段整體剛度的影響。

成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)，拱肋、主梁豎向位移實(shí)測(cè)值與考慮實(shí)體拱座的梁格法模型理論值對(duì)比如表6所示。

由表6可知，成橋后，拱肋、主梁豎向位移實(shí)測(cè)與采用考慮實(shí)體拱座的梁格法模擬主梁的理論值較吻合，說(shuō)明采用梁格法模擬箱型主梁是合理的。

表6 拱肋、主梁豎向位移實(shí)測(cè)值與考慮實(shí)體

注：表中負(fù)值表示向下位移，差值是相對(duì)于理論值。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)56 m簡(jiǎn)支系桿拱橋箱型主梁采用單主梁和梁格法、考慮實(shí)體拱座和不考慮實(shí)體拱座的不同建模處理方式，對(duì)成橋后吊桿力、拱肋及主梁豎向位移的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，并在實(shí)際施工過(guò)程中進(jìn)行吊桿力和豎向位移的監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明該系桿拱橋進(jìn)行整體建模分析時(shí)，需要合理采用梁格法模擬箱型主梁、并考慮實(shí)體拱座的影響。本文結(jié)論可為同類型橋梁建模處理提供參考，具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 陳寶春．鋼管混凝土拱橋[M]. 2版. 人民交通出版社，2007.

[2] E.C.漢勃利．橋梁上部構(gòu)造性能[M]．人民交通出版社，1982．

[3] 劉國(guó)光， 劉群， 潘哲， 等. 下承式剛性系桿拱橋拱座結(jié)點(diǎn)受力特點(diǎn)分析[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2013(4)：3327-3330.

[4] 沈超明，杭振園，李年維．力傳感器修正頻率法在吊桿張力測(cè)試中的應(yīng)用[J]．鐵道建筑，2012(4)：40-43．

[5] 毛亞娜， 劉世忠， 葉丹．基于頻率法對(duì)系桿拱橋吊桿索力測(cè)試的分析[J]．蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(2)：124-128．

信息化是企業(yè)提質(zhì)增效的根本途徑

建筑企業(yè)信息化是供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的題中之義，是企業(yè)提質(zhì)增效的根本途徑。

供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革是黨中央、國(guó)務(wù)院在針對(duì)我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要矛盾和主要問(wèn)題提出的戰(zhàn)略性舉措，“三去一降一補(bǔ)”是供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的主要任務(wù)，而供給側(cè)改革的本質(zhì)則是通過(guò)供給系統(tǒng)全面素生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)的提升，實(shí)現(xiàn)供求關(guān)系的改善與供需平衡。建筑行業(yè)屬于完全競(jìng)爭(zhēng)性領(lǐng)域，建筑企業(yè)作為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體，必須造應(yīng)市場(chǎng)變化，把“強(qiáng)管理、提品質(zhì)、降成本、優(yōu)服務(wù)、樹(shù)品牌”作為生死攸光的戰(zhàn)略任務(wù)，眼睛向內(nèi)，苦練內(nèi)功，大力提高管理效率，提高企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率。

信息互聯(lián)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，是將人們大量的、煩瑣的、繁重的日常事務(wù)性工作任務(wù)交給計(jì)算機(jī)、移動(dòng)端和互聯(lián)網(wǎng)去完成，從而大量地節(jié)約人工成本，提高工作品質(zhì)和產(chǎn)品品質(zhì)。企業(yè)管理信息化是落實(shí)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革任務(wù)的提中之義，是建筑企業(yè)提質(zhì)增效的必由之路。

摘自《建筑時(shí)報(bào)》

付飛(1983～)，女，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

TU323

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[定稿日期]2017-03-16