趙康、方正

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550000）

1 轉(zhuǎn)體斜拉橋索力確定方法

1.1 概述

從結構理論來講，斜拉橋合理成橋索力的確定只需對成橋狀態(tài)下的橋梁進行分析計算而不用考慮施工過程。實際成橋索力則與斜拉橋的施工方法及步驟有關，為達到實際成橋索力與合理成橋索力的一致，通常需進行索力調(diào)整。斜拉索張拉次數(shù)會影響工程施工效率，如何既能減少張拉次數(shù)又能確保橋梁滿足受力要求是斜拉橋建設過程中面臨的問題之一。目前，施工中主要采用“一次張拉法”和“兩次張拉法”進行索力張拉。

目前，斜拉橋合理索力的理論確定方法主要有：最小彎曲應變能法、無應力狀態(tài)控制法、影響矩陣法、應力平衡法等。以下主要介紹影響矩陣法[1]。

1.2 影響矩陣法

應用影響矩陣法確定斜拉橋索力需要定義受調(diào)向量、被調(diào)向量及影響向量。

受調(diào)向量：斜拉橋n個拉索調(diào)整值組成的列向量，定義為：

被調(diào)向量：為了改變整體結構內(nèi)力、變形等指標，可以被調(diào)整的n個未知索力組成的列向量，定義為：

式（2）中：xi=()i=1,2,3,...,n為被調(diào)截面的位移或者內(nèi)力。

影響向量：斜拉橋體系索力組中某個索力發(fā)生單位變化，造成其他索力的變化值組成的向量，定義為：

影響矩陣：斜拉橋體系索力組中n個索力發(fā)生單位變化，引起其他n個索力變化的影響向量組成的矩陣，定義為：

假設橋梁結構適用線性疊加原理，則有：

式（5）中：[A]為影響矩陣；{X} 為被調(diào)向量；[B]為受調(diào)向量。

影響矩陣的計算是應用影響矩陣法的關鍵，矩陣中的元素對應斜拉索的應力、變形量等[2]。

目前求影響矩陣的方法主要有：修改總剛度矩陣法、基于強迫變形的影響矩陣法和基于結構連續(xù)變更生成影響矩陣法。

對于斜拉橋索力確定，需要分別去掉每根斜拉索，然后沿拉索方向用單位力代替，由于每次去掉一根斜拉索，結構的剛度也隨之變化，因此需要多次計算[3]。

2 斜拉橋轉(zhuǎn)體前索力確定

2.1 張拉次數(shù)確定

斜拉橋的索力對結構的受力狀態(tài)有著直接影響。因此，確定施工階段中索力的張拉大小以及張拉次數(shù)是施工的關鍵。斜拉索張拉次數(shù)應盡可能少，但要保證在張拉過程中主梁與主塔的應力在控制范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)超應力現(xiàn)象[4]。

實際施工中，一般采用“一次張拉法”或“兩次張拉法”進行拉索的張拉。以某市政轉(zhuǎn)體斜拉橋為例。

首先采取“一次張拉法”進行有限元仿真分析。根據(jù)計算結果，采用“一次張拉法”，斜拉橋結構在成橋狀態(tài)的受力是合理的，但在施工階段，斜拉索逐根張拉會導致主梁被拉起脫離支架，主梁局部出現(xiàn)超應力現(xiàn)象。因此，在施工過程中必須采取有效措施防止出現(xiàn)超應力現(xiàn)象。

目前，消除施工階段出現(xiàn)超應力現(xiàn)象的方法主要有三種。

一是在斜拉索張拉之前，在主梁上進行臨時配重，待張拉完之后再逐步進行卸載。但該措施在實際施工中不易操作，且配重耗資耗力耗時，卸載過程也不易控制。

二是通過專門配置預應力筋來抵消張拉過程中產(chǎn)生的不利應力。但是，在斜拉索張拉完之后，多余配置的預應力筋將不起任何作用，甚至起到反作用。

三是采用“兩次張拉法”，即第一次張拉到設計索力的75%左右，待斜拉橋二期恒載等鋪裝完畢后，再進行第二次張拉至設計索力。該辦法操作簡單，不需要配置多余的預應力和配重措施，只需要對斜拉索進行兩次張拉操作。

因此，經(jīng)過綜合考慮，最終決定采取“兩次張拉法”對斜拉索進行張拉的施工方案。

2.2 初張索力的取值優(yōu)化

該轉(zhuǎn)體斜拉橋采用“兩次張拉法”進行調(diào)索。第一次張拉是在橋梁轉(zhuǎn)體前且主梁在滿堂支架上澆筑完畢并張拉預應力后進行。此時，輔助墩已施工完畢，其上方預留空間為60cm，其中，支座需40cm，墊層約10cm，楔形塊最高處約10cm，因此，轉(zhuǎn)體過程中主梁梁端標高需進行嚴格控制，否則，將導致轉(zhuǎn)體梁不能順利通過輔助墩。為防止主梁在轉(zhuǎn)體過程中被輔助墩限制，本文在確保主梁不出現(xiàn)超應力現(xiàn)象的前提下，對比分析了初張索力為設計索力的60%、70% 和80%時的主梁線形（見表1），并確定最優(yōu)的初張索力。

表1 不同初張索力對主梁梁端撓度影響

由表1 數(shù)據(jù)可知：初張索力值分別為設計值的60%、70% 和80% 時，輔助墩側(cè)梁端豎向撓度值分別為-48.9cm、-41.2cm、-33.4cm，即在確保主梁不出現(xiàn)超應力現(xiàn)象的前提下，初張索力值越大，主梁撓度越小。根據(jù)上述計算結果，為確保主梁轉(zhuǎn)體成功，理論上可采取如下兩種方案。

方案1：對主梁中跨側(cè)梁端進行配重，在輔助墩墩頂處預留足夠的空間讓轉(zhuǎn)體梁通過，不同的初張索力值，轉(zhuǎn)體前主梁的配重方案也不同。

方案2：橋梁在轉(zhuǎn)體前不安裝輔助墩支座，待轉(zhuǎn)體成功后，再在輔助墩處搭設支架，利用頂推法安裝輔助墩支座。

方案2 由于采用頂推法安裝輔助墩支座，施工空間有限而難以保證施工質(zhì)量，因此不建議采納。而方案1 采用主梁配重的方法，由上述計算結果可知，初張索力越大，配重越小，因此，該橋建議采用初張索力取設計索力的80%（見圖1、圖2）。

圖1 60%設計索力轉(zhuǎn)體前主梁撓度

圖2 80%設計索力轉(zhuǎn)體前主梁撓度

2.3 初張索力后與實測索力對比

該橋初張索力為設計索力的80%。將該初張索力代入有限元模型中進行正裝計算，計算結果表明：在16 對斜拉索張拉過程中，主梁、主塔均未出現(xiàn)超應力現(xiàn)象。索力張拉完之后，采用頻率法對索力進行實測，索力編號如圖3 所示，結果如圖4 和表2 所示。

圖3 斜拉索編號示意圖（t）

圖4 主塔南側(cè)初張后索力與初張索力對比圖（t）

表2 主塔初張后實測與初張索力對比

3 斜拉橋轉(zhuǎn)體成橋后終張索力調(diào)整

轉(zhuǎn)體前，主梁與主墩處于臨時固結狀態(tài)，轉(zhuǎn)體完成后，解除臨時固結，對橋梁進行合龍、橋面鋪裝等作業(yè)。橋梁體系經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)換，因此，橋梁的受力狀態(tài)和索力均發(fā)生變化。橋梁進行第二次張拉的目的是使實際索力值達到設計索力的100%，為此，利用影響矩陣法對索力進行調(diào)整。

該橋共64 對斜拉索，因此，索力的影響矩陣為64×64 階，成橋后斜拉索第二次張拉完畢的實測索力與設計索力對比如表3 所示。成橋后斜拉索第二次張拉完畢的實測索力與設計索力對比如圖5 所示?？梢?，二次張拉結束后，橋梁的實測索力與設計索力接近，誤差在±5% 內(nèi)，滿足規(guī)范要求，橋梁受力狀態(tài)良好。

圖5 主塔南側(cè)二次張拉完畢索力對比（t）

表3 主塔二次張拉完畢實測索力與設計索力對比

4 結論

通過上述對于斜拉橋轉(zhuǎn)體前后索力的理論方法介紹和與實際施工實測索力的對比，得到以下結論。

第一，確定斜拉橋合理索力采用影響矩陣法可滿足實際施工需要，切實可行。

第二，斜拉索索力對轉(zhuǎn)體斜拉橋受力狀態(tài)及配重方案影響較大。對于轉(zhuǎn)體斜拉橋，若采用“一次張拉法”將導致施工過程中主梁出現(xiàn)超應力現(xiàn)象，不建議采用。若采用“兩次張拉法”，初張索力合理取值宜為設計索力的80%，能確保主梁不出現(xiàn)超應力現(xiàn)象且使轉(zhuǎn)體不受輔助墩限制，配重也較輕；轉(zhuǎn)體成橋后，采用影響矩陣法進行索力第二次張拉，結果表明，該方法準確有效，實測索力與設計索力誤差在±5%內(nèi)。