許旭卯

(浙江省建設工程質(zhì)量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 概 述

隨著社會的發(fā)展,大跨度橋梁越來越多地進入到人們的視線中?，F(xiàn)如今,城市橋梁的建設不僅在功能上需要適配城市的發(fā)展,在外觀上更是需要作為城市一景。因此,下承式拱橋、懸索橋、斜拉橋等橋型越來越受到人們的青睞,而以上幾種橋型均離不開拉索。就下承式鋼箱拱橋而言,橋面線形、索力、拱線形是一個整體,任何一項的變化均會引起全橋應力及線形的變化。也正是因為這一點,使得施工監(jiān)控過程中通過索力的調(diào)整來糾正橋面線形的偏差成為可能。

橋面線形與理論線形相符是施工監(jiān)控的主要目標之一,良好的成橋線形需要精準的前期計算，需要精確的過程控制以及后期線形與索力的協(xié)調(diào)調(diào)整。施工方法采用工廠預拼裝—現(xiàn)場滿堂支架拼裝—吊索張拉—落架體系轉(zhuǎn)換等過程。施工監(jiān)控大致可以分為兩個階段：第一階段是根據(jù)理論計算預拋高線形在滿堂支架上對主梁進行拼裝,拼裝過程中通過不斷地糾偏使拼裝線形與理論計算相符；第二階段是吊索張拉完成，主梁脫架后全橋結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變,這個過程中有兩大因素影響橋面線形,其一是索力的大小,其二是鋼箱梁脫架后自身的變形。由于索力初張拉的誤差及鋼箱梁脫架實際位移與理論計算位移的誤差等影響,造成本施工階段橋面線形與理論線形存在偏差。

2 索力調(diào)整手段

2.1 索力調(diào)整原則

在拱橋施工監(jiān)控過程中,以設計給定的索力為控制目標進行調(diào)索,通過理論計算可知,索力增量與張拉順序無關(guān),即不論先調(diào)整哪根吊桿的索力,待所有吊桿索力調(diào)整完,都會得到同樣的結(jié)果,從而達到設計目標索力。然而,在實際調(diào)索工程中須選定順序,因為千斤頂?shù)膹埨εc調(diào)索順序密切相關(guān),結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也隨著索力調(diào)整而變化。因此,在下承式拱橋調(diào)索時,應遵循如下原則：1)安全性，調(diào)整時要盡量使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或撓度變化幅值最??；2)為縮減調(diào)索的步驟,盡可能做到只調(diào)整部分吊桿的索力；3)索力、線形、應力相互關(guān)聯(lián),調(diào)索前,需對全橋進行計算分析,以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全[1-2]。

2.2 索力調(diào)整手段

當橋面線形存在偏差后,需對該階段橋面線形、索力、拱線形進行測量,將測量數(shù)據(jù)采用軟件進行仿真模擬計算后,在應力、線形、索力均朝著良好的方向發(fā)展的情況下,才可進行現(xiàn)場索力調(diào)整。理論數(shù)值主要采用MIDAS CIVIL進行計算,計算工況與現(xiàn)場實際相符,通過多次模擬計算,選出最優(yōu)方案,制定調(diào)索細則。

工程現(xiàn)場根據(jù)調(diào)索細則對索力進行調(diào)整,由于每根吊桿在張拉時均對其余吊桿有影響,張拉后續(xù)吊桿時并不能確定先張拉的吊桿實際索力值。因此,每調(diào)整一根索力,需對全橋索力進行測試,并及時將測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行對比,如發(fā)現(xiàn)偏差,應立即采取糾偏手段,以確保索力的調(diào)整效果。

索力的現(xiàn)場測試主要有三種方法：一是油壓表讀數(shù)法,油壓讀數(shù)法是利用千斤頂油壓讀數(shù)與張拉力的比例關(guān)系,將油壓表讀數(shù)換算成張拉力。此方法是施工過程中最常用的索力測定方法。此方法的優(yōu)點是直觀、實時讀數(shù),缺點是只能對單根索力進行測試,不適用于調(diào)索。二是壓力傳感器讀數(shù)法,但壓力傳感器法不利于吊桿錨頭防腐且價格昂貴,一般不采用。三是頻率法,頻率法是測定索體的自振頻率,根據(jù)自振頻率計算出索力值。頻率法操作簡單,可同時對多根索力進行測量,是成橋后索力測試最常用的方法。但由于吊桿受兩端約束條件及截面剛度等影響,由自振動頻率計算索力時很難精確確定計算索長；另外,頻率法也較難測出靠近拱腳的短吊桿的低階頻率[2]。

鑒于幾種索力測試方法的優(yōu)點及局限性,本次索力調(diào)整選取頻率法為主,油壓表讀數(shù)法為輔進行。選取3組拉索同時用兩種方法進行測量,根據(jù)油壓表法對頻率法的索長進行修正,后續(xù)頻率法索長參考修正。

由于頻率法較難測出靠近拱腳的短吊桿的低階頻率,因此,本次調(diào)索不考慮調(diào)整靠近拱腳的短索,主要是對近跨中位置的長索進行調(diào)整。

2.3 索力調(diào)整步驟

1)采用頻率法測量每根索力的頻率,并通過油壓表法對每根索長進行修正,按照修正后索長計算當前狀態(tài)下的索力。

2)對全橋當前狀態(tài)下的線形、應力進行測量。

3)將實測的索力輸入計算模型,由于施工過程中存在誤差,實測的索力很難與理論計算模型中得到的索力完全吻合,因此須對計算模型進行先倒拆再正裝的迭代計算。實際上,此倒拆-正裝迭代計算為虛擬模擬計算過程,正裝分析完成后模型中的各吊桿索力即為當前狀態(tài)下的實測索力。通過多次模擬計算,選擇最優(yōu)調(diào)索方案,并制定調(diào)索細則。

4)根據(jù)理論計算的調(diào)索細則,對第一根拉索進行調(diào)整,并在調(diào)整后及時測量全橋線形、應力及索力。

5)再次將全橋?qū)崪y索力、應力、線形輸入計算模型,如無偏差,按照細則繼續(xù)進行下一根索力調(diào)整,直至調(diào)索完成。如有偏差,將偏差采用MIDAS CIVIL進行仿真分析,重新計算,采取初調(diào)—測量—計算—復調(diào)—復測進行不斷地試調(diào),并修正調(diào)索細則,不斷重復,直至調(diào)索完成。

6)各吊桿索力調(diào)整完成后,再次用頻率法測定吊桿的索力、線形、應力,如達到調(diào)索目標,即可進行下一個工況施工,如未達到調(diào)索目標,需分析偏差對結(jié)構(gòu)安全的影響。

7)調(diào)索流程圖見圖1。

圖1 調(diào)索流程圖

3 工程實例

浙江杭州某橋工程采用“三水共融”下承式鋼箱拱橋(圖2),跨徑布置為252 m+106 m=358 m,主跨拱肋采用空間布置,立面拱軸線型為二次拋物線,矢跨比1∶4.75,主拱矢高位52.81 m,一側(cè)為單片拱,另一側(cè)為雙片拱,在接近拱頂區(qū)域分叉；邊跨拱肋采用單片拱,拱軸線型為拋物線,一端支撐于邊跨邊墩,一端支撐于主跨拱肋分叉點；主跨吊桿單片拱側(cè)采用單索面布置,梁上吊點位于中央分隔帶內(nèi),雙片拱肋側(cè)采用空間索面,邊跨吊桿采用單索面布置,梁上吊點位于中央分隔帶內(nèi)；箱梁采用扁平鋼箱梁,梁高3.5 m,標準寬度34 m,中墩拱梁結(jié)合段處順應總體布置需要逐漸變寬至最大橋?qū)?3 m。主橋MIDAS CIVIL計算模型見圖3。

3.1 索力調(diào)整前主橋各拉索索力及橋面線形狀態(tài)

截止索力張拉,主梁脫架工況,橋面線形與設計線形對比后,實測橋面縱坡較設計縱坡大,同時實測索力也較理論索力大。在對全橋索力、線形、應力進行通測后,通過計算模型模擬分析,認為通過索力調(diào)整可以使橋面線形朝著良好的方向發(fā)展。故而進行調(diào)索。

圖2 主橋主跨拉索分布圖

圖3 主橋MIDAS CIVIL計算模型

3.2 索力調(diào)整方案

將實測的索力輸入計算模型,對計算模型進行先倒拆再正裝的迭代計算。通過多次模擬計算,選擇最優(yōu)調(diào)索方案。以主梁最大變形50 mm為調(diào)整目標,對如下幾對索進行調(diào)整,本次調(diào)索方案見表1。

表1 調(diào)索方案

續(xù)表1

3.3 調(diào)索成果

通過表1及圖4、圖5可以看出,拉索初張拉后索力偏大且全橋索力分布不夠線性；調(diào)索前,橋面縱坡較設計值大。通過模擬仿真計算,可以得到理想的調(diào)索方案。通過調(diào)索,橋面線形、索力均得到了良好的改善。

4 結(jié) 語

線形控制是橋梁施工監(jiān)控的重中之重,為了得到較為理想的成橋線形,施工過程中的糾偏手段顯得尤為重要。下承式拱橋在拉索初張拉后,須對線形、應力、索力等參數(shù)進行全橋通測,通過軟件進行仿真計算,采用調(diào)索的手段對索力、線形進行糾偏。此方法在本工程中取得了良好的效果,可供借鑒。

圖4 調(diào)索前后索力對比圖

圖5 調(diào)索前后橋面線形對比圖