楊炎炎，王安東

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院 鐵成(創(chuàng)新)學院，陜西 渭南 714000)

0 引言

隨著新材料的不斷研發(fā)應用以及橋梁結構計算水平的逐步提高，橋梁工程的結構形式變得多種多樣.各種新材料及異形橋梁結構的出現(xiàn)使橋梁結構的受力情況變得更為復雜，從一定程度上增加了橋梁的結構設計難度與施工難度.為了確保橋梁工程在各施工階段都能安全精確地進行，需要技術人員在施工前對橋梁各個階段反復地進行內(nèi)力計算與變形計算[1].本文利用正裝迭代法找到1組斜拉索在施工過程中張拉力的數(shù)值，使斜拉橋的成橋索力與合理索力盡可能地接近，以滿足設計要求.

1 工程概況

海東大道一號橋為(158+45+40)m的獨塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨為158 m鋼箱梁，輔跨為(45+40)m預應力混凝土箱梁，主塔高107 m.全橋共24對斜拉索，采用雙索面扇形布置形式(見圖1).材料具體設計參數(shù)見表1，主要荷載及取值見表2，依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)的相關規(guī)定進行最不利荷載組合.

圖1 斜拉橋總體布置(單位：m)

表1 主要材料

表2 主要荷載及取值

在斜拉橋的設計中，合理成橋狀態(tài)是評判斜拉橋設計成功與否的最關鍵因素[2].斜拉橋在荷載明確且結構形式不變的條件下，以斜拉橋結構內(nèi)力作為控制條件，通常能夠找到1組索力值使各控制截面的內(nèi)力達到相對最優(yōu)的狀態(tài)，則該組索力值也就是該斜拉橋的合理成橋索力[3-4].

2 建立有限元模型

采用Midas Civil有限元分析軟件建立了海東大道一號橋有限元模型，對全橋有限元模型進行離散化之后，全橋有限元模型共有節(jié)點354個，單元267個，海東大道一號橋有限元模型如圖2所示.

圖2 有限元模型

3 確定斜拉橋合理索力

改進的零位移法:基于零位移法，同時結合影響矩陣法來求得更加合理的成橋索力值[5].在海東大道一號橋合理索力計算過程中，首先基于零位移法，以主梁上斜拉索在主梁錨固點位置為位移控制點，調(diào)整索力值使主梁各控制點在恒載作用下對應的位移為零，這樣就可以計算出1組初始索力值[6]，接下來控制量為主梁與主塔截面彎矩值，通過影響矩陣法來調(diào)整斜拉索的索力值，進而得到1組使成橋內(nèi)力狀態(tài)最為優(yōu)的索力值[7].改進的零位移法的主要技術路線如圖3所示[8]，表3為在結構恒載作用下利用該方法計算的該斜拉橋的合理成橋索力值.

圖3 改進的零位移法分析流程

表3 斜拉橋合理成橋索力

根據(jù)表3數(shù)據(jù)對斜拉橋進行1次成橋計算，可得到海東大道一號橋在目標成橋狀態(tài)下的結構內(nèi)力，如圖4所示.

(a) 彎矩(單位：kN·m)

(b) 剪力(單位：kN)

(c) 軸力(單位：kN)圖4 目標成橋狀態(tài)下的結構內(nèi)力

由表3以及圖4可以看出：

1) 該橋的成橋索力相對較均勻，同時斜拉索索力值呈現(xiàn)出長索索力值大、短索索力值小的規(guī)律，符合斜拉橋合理受力狀態(tài)索力值變化規(guī)律；

2) 主梁彎矩圖接近彈性支撐條件下連續(xù)梁的彎矩圖，即該組索力值能夠使主梁受力狀態(tài)滿足斜拉橋主梁合理受力狀態(tài)的一般規(guī)律；

3) 主塔根部彎值大小處在相對很低的水平，即該組索力值在此非對稱斜拉橋結構中使主塔根部達到合理受力狀態(tài)；

4) 通過驗算得到各危險截面的應力都處于設計范圍之內(nèi)，同時鋼箱梁-混凝土箱梁-鋼索塔-混凝土索塔4部分所受的峰值內(nèi)力相對比較均勻，說明本斜拉橋在成橋狀態(tài)下結構的受力情況較為合理.

4 確定張拉索力

本橋計算階段的劃分以施工單位的施工組織設計為基礎，根據(jù)橋梁實際施工情況，對該橋有限元模型共劃分為42個計算階段，依據(jù)正裝迭代法實現(xiàn)該橋的分階段仿真分析.得到1組初次張拉、二次張拉索力及計算成橋索力值數(shù)據(jù)，如表4所示.

表4 計算索力值

該橋成橋索力計算值同設計值得對比情況如圖5所示.

圖5 計算成橋索力與合理成橋索力對比

利用正裝迭代法得到的斜拉橋成橋索力值與設計值是比較接近的，二者相對偏差平均值1.04%，最大值2.41%；同時絕對誤差相差在100 kN以內(nèi).綜上可得在施工過程中按照上述施工工序及初次、二次索力張拉值，對斜拉索進行張拉能夠使海東大道一號橋的成橋索力狀態(tài)滿足設計要求.

在按照表4中的張拉索力值對斜拉索進行張拉后，利用頻率法以及本橋中預設的壓力傳感器(壓力環(huán))對斜拉索索力值進行了測試，實測索力值與設計索力值偏差在±5%以內(nèi)，滿足工程要求.利用頻率法測試索力值過程如圖6所示.

圖6 頻率法測試索力過程

5 結論

1) 通過改進的零位移法確定斜拉橋合理索力，使結構受力合理，斜拉橋的整體內(nèi)力處于一個相對優(yōu)良的水平.

2) 通過正裝迭代原理確定斜拉橋張拉索力，為斜拉橋的安全施工以及成橋受力狀態(tài)能夠達到合理受力狀態(tài)提供有效保障.

3) 利用有限元分析軟件通過正裝計算得到斜拉橋成橋索力，成橋索力與合理索力誤差在允許范圍內(nèi)，即通過正裝迭代法獲得的索力張拉值是合理的.