懸索橋更換加勁梁施工過程模擬計(jì)算分析

張贊鵬　米發(fā)吉　張顯明　程偉

摘 要 本文以山區(qū)某懸索橋?yàn)槔?，針對加勁梁邊拆邊建施工工藝，探討懸索橋更換加勁梁施工過程計(jì)算模型模擬問題，利用有限元程序MIDAS/Civil，提出了新、老橋兩種計(jì)算思路，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出新橋計(jì)算模型的計(jì)算思路更符合實(shí)際。

關(guān)鍵詞 懸索橋 施工控制 計(jì)算模型

中圖分類號：U448.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

懸索橋也稱吊橋，其主要結(jié)構(gòu)由主纜、索塔、錨碇、吊索、加勁梁組成。隨著運(yùn)營時(shí)間增加，一些懸索橋開始出現(xiàn)病害，例如主纜局部銹蝕、吊桿局部銹蝕、加勁梁局部斷裂等。例如，1995年我國建成通車的汕頭海灣大橋，由于受限于當(dāng)時(shí)建設(shè)資金，采用鋼絲繩吊索，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)吊索鋼絲繩局部存在銹蝕嚴(yán)重與變形等缺陷，不得不更換吊索。

本文以山區(qū)某懸索橋?yàn)槔?，利用有限元程序MIDAS/Civil，針對邊拆除舊梁邊安裝新梁的施工工藝問題，如何更加準(zhǔn)確模擬出加勁梁更換過程，從而更好地為施工服務(wù)。

1工程概況

某山區(qū)懸索橋，上部結(jié)構(gòu)為地錨式鋼桁懸索橋，主纜跨徑120m。主纜采用16€？ 15.2mm平行鋼絞線束，吊索采用1€？ s15.2mm鋼絞線，錨碇采用預(yù)應(yīng)力抗滑樁與重力式錨碇相結(jié)合的倒“L”復(fù)合型錨碇。運(yùn)行多年之后，檢測單位對該橋進(jìn)行了外觀檢查、專項(xiàng)檢查及荷載試驗(yàn)。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)主橋構(gòu)件混凝土質(zhì)量差，強(qiáng)度低；下弦桿節(jié)點(diǎn)多處斷裂、下弦節(jié)點(diǎn)焊縫存在較嚴(yán)重缺陷，下弦鋼絞線、型鋼等銹蝕嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)檢算、荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，原橋臨時(shí)通行能力僅能滿足一輛總重為20t的兩軸車的通行要求。最終經(jīng)過多次專題會(huì)議討論，拆除原主梁結(jié)構(gòu)、橋面系及吊桿，更換為鋼桁架結(jié)構(gòu)，僅保留主塔、主纜和錨錠等。

2施工控制難度分析

該橋舊梁結(jié)構(gòu)由于使用年限較久，且本橋的維修加固采取邊拆除舊梁邊假設(shè)新梁的施工工藝，其施工過程極其復(fù)雜，因此，本橋施工監(jiān)控的難度極大，既有舊梁的拆除，也有新梁的重建，且二者是同時(shí)作業(yè)，相互交叉，可見其施工控制的難度遠(yuǎn)比單純的新建一座相同的橋梁要大得多。

3計(jì)算模型

由于該橋采用邊拆舊梁，邊安裝新梁的施工工藝，新舊加勁梁交叉作業(yè)，施工過程較為復(fù)雜。施工過程中，計(jì)算分析較為復(fù)雜，為了更好的模擬施工過程中結(jié)構(gòu)受力及變形情況，利用有限元程序MIDAS/Civil，建立了2個(gè)計(jì)算模型，即老橋模型，新橋模型。

老橋模型計(jì)算思路：根據(jù)老橋設(shè)計(jì)圖紙中的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)尺寸，將老橋結(jié)構(gòu)離散成多個(gè)節(jié)點(diǎn)和單元。根據(jù)該橋采用邊拆舊梁，邊安裝新梁的施工工藝，計(jì)算模型采用在老橋計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，新梁以荷載形式直接施加到主纜上再進(jìn)行施工階段分析。其中老橋計(jì)算模型見圖1。

新橋模型計(jì)算思路：根據(jù)新橋設(shè)計(jì)圖紙中的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)尺寸，將新橋結(jié)構(gòu)離散成多個(gè)節(jié)點(diǎn)和單元。根據(jù)該橋采用邊拆舊梁，邊安裝新梁的施工工藝，計(jì)算模型采用在新橋計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，老橋以荷載形式直接施加到主纜上再進(jìn)行施工階段分析。

4計(jì)算結(jié)果

4.1主纜線形

施工過程中，主纜線形以中跨跨中點(diǎn)為控制點(diǎn)，在加勁梁架設(shè)完成后，主纜控制點(diǎn)實(shí)測標(biāo)高與理論計(jì)算標(biāo)高見表1所示。

按照老橋計(jì)算模型得出中跨跨中主纜標(biāo)高與實(shí)測標(biāo)高，相差在2.5cm；按照新橋計(jì)算模型得出中跨跨中主纜標(biāo)高與實(shí)測標(biāo)高，相差在1.4cm，兩者滿足施工精度要求，但新橋計(jì)算模型更接近實(shí)際。

4.2索塔偏位

為便于對索塔偏位進(jìn)行觀測，在索塔中間粘貼反光片，用精密全站儀來進(jìn)行測量。在加勁梁架設(shè)完成后，索塔實(shí)測偏位如表2所示。索塔偏位由邊跨向中跨為正，反之為負(fù)。

按照這兩種計(jì)算思路得出的計(jì)算偏位與實(shí)測偏差相差較小，均滿足施工精度需要，新橋計(jì)算模型更接近實(shí)際。

5結(jié)論

根據(jù)對新、老橋兩種計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，這兩種計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果均能滿足加勁梁、吊桿更換的施工精度需要；且在新橋計(jì)算模型基礎(chǔ)上，老梁以荷載形式直接施加到主纜上，再進(jìn)行施工階段分析的計(jì)算思路更符合實(shí)際。

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