李冠軍

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500）

斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，它對成橋線形有較嚴格的要求，每個節(jié)點坐標的變化都會影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配。橋梁線形一旦偏離設(shè)計值，勢必導(dǎo)致主梁內(nèi)力及索力偏離設(shè)計值。而主梁、橋塔和拉索之間剛度相差十分懸殊，受拉索垂度、溫度變化、風(fēng)力和日照溫差、施工臨時荷載、混凝土收縮徐變等復(fù)雜因素干擾，使力與變形的關(guān)系十分復(fù)雜。在施工計算中雖然可以采用多種方法，算出各施工階段的索力和相應(yīng)的梁體變形，但按理論計算所給出的索力、線形進行施工時，結(jié)構(gòu)的實際變形卻未必能達到預(yù)期的效果。這主要是由于設(shè)計時所采用的計算參數(shù)、施工臨時荷載條件等與實際工程中所表現(xiàn)出來的不完全一致所引起的。斜拉橋在施工中所表現(xiàn)出來的這種理論與實際的偏差具有累積性，最終將會導(dǎo)致成橋后的索力、主梁內(nèi)力和線形偏離設(shè)計目標。因此，除了在施工過程中嚴格控制各施工步驟、及時調(diào)整偏差以外，成橋后對達不到設(shè)計理想狀態(tài)的索力進行二次調(diào)索，顯得格外重要。

1 迭代法概述

二次調(diào)索的方法目前主要有迭代法和影響矩陣法[1]。影響矩陣法是將索力變量和其廣義影響矩陣為目標函數(shù)，利用方程組得出各個索力的張拉值[2，3]。此方法較為快捷，但是無法考慮結(jié)構(gòu)的非線性作用[4]。迭代法是通過迭代計算使誤差的平方和最小，該方法可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性作用，對于大多數(shù)斜拉橋，一般迭代15次以內(nèi)可以得到較合理的各索力張拉值[5]。

由于離塔端較遠的索對塔和梁的變形影響較大，因此先調(diào)整靠近塔頂端附近的索就，即先調(diào)整長索能夠減少總的調(diào)索量，從而可減少因二次調(diào)索引起的應(yīng)力變化量。設(shè)第1次調(diào)整前，第i根拉索索力Ti0與目標索力Tim的差值為ΔTi0，第一次迭代，第i根拉索索力設(shè)置為Ti1=Ti0+ΔTi0，按照施工順序進 行迭代計算，得出第一次第i根拉索的索力Tis1，其與目標索力差值為ΔTis1=Tig-Ti1，此時賦予第二次調(diào)整第i根拉索索力值為Ti2=Ti1+ΔTis1，再進行迭代，以此類推可知，第j次迭代值為Tij=Ti（j-1）+ΔTis（j-1），直至所有ΔTisj≈0，即可以得到最終各拉索的調(diào)整值[5]。

2 工程實例

2.1 工程概況

某斜拉橋為單塔單索面混凝土斜拉橋，采用塔、梁、墩固結(jié)體系?？鐝浇M合為139 m+106 m。主梁高3.6 m，橋面以上塔高66.7 m，主橋?qū)?3.5 m，為雙向六車道，橋梁共設(shè)42對斜拉索。主橋下部主墩采用雙肢薄壁墩配群樁基礎(chǔ)，過渡墩采用柱墩配群樁基礎(chǔ)。設(shè)計荷載為公路I級。橋梁立面圖如圖1所示。

圖1 橋梁立面圖

2.2 建立有限元模型

利用有限元軟件 MIDAS CIVIL建立全橋模型，梁、墩、塔用梁單元模擬，斜拉索用只受拉桁架單元模擬，并在施工過程中及時調(diào)整各懸臂施工階段的參數(shù)，使有限元模型更加接近實際情況。全橋有限元模型圖如圖2所示。

圖2 有限元模型圖

2.3 二次調(diào)索確定

本次二次調(diào)索是在橋梁合攏后，施工完橋面鋪裝后進行的調(diào)索。在該階段，應(yīng)以索力控制為主。根據(jù)調(diào)索前的索力實測值與目標索力，通過迭代法計算出各根斜拉索的索力張拉直，從長索向短索方向進行調(diào)整。具體各工況索力值如表1所示。由表1可見，調(diào)整后索力與目標索力偏差最大為3.2%，滿足要求。

表1 二次調(diào)索索力值

續(xù)表1 二次調(diào)索索力值

2.4 二次調(diào)索后主梁應(yīng)力

二次調(diào)索后，使得主梁上緣與下緣應(yīng)力更趨合理，保證結(jié)構(gòu)受力安全，如表2所示。

表2 主梁應(yīng)力變化表 /MPa

3 結(jié)論

用迭代法計算斜拉橋二次調(diào)索索力值，計算簡單快捷，控制目標明確，可較理想地達到設(shè)計成橋狀態(tài)。結(jié)合某斜拉橋二次調(diào)索工程實例進行驗證，通過迭代法計算二次調(diào)索可使斜拉橋達到較好的成橋索力狀態(tài)，且可調(diào)節(jié)主梁應(yīng)力局部過大的情況，使主梁受力更加合理，保證結(jié)構(gòu)受力安全，同時也為橋梁后期運營和養(yǎng)護提供數(shù)據(jù)支撐。