面向無應(yīng)力狀態(tài)法的斜拉橋大范圍調(diào)索技術(shù)

肖 鵬，陳潮雨

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

在斜拉橋施工中，大范圍調(diào)索是一道重要工序，但采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行計(jì)算和調(diào)索時(shí)，會受到很多外界因素的影響與限制，到最后可能無法實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)索。而無應(yīng)力狀態(tài)方法的出現(xiàn)和使用，能有效解決這一實(shí)際問題。

1 工程概況

某橋梁工程所在道路是市區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃重要干道，該橋梁是斜拉橋，單塔雙索面，跨徑組合為39.9 m+89.1 m+151 m，主塔采用H型整體結(jié)構(gòu)，主梁以澆筑順序?yàn)橐罁?jù)分成五個(gè)節(jié)段，每段的長度不同，其中，第一段長度為104.2 m，第二段長度為44.8 m，第三段長度為54.6 m，第四段長度為32.0 m，最后一段長度為4.2 m。主塔對稱設(shè)置了18對索，將其記作Z1-Z18與Y1-Y18。斜拉索索距確定為7.8 m，而邊跨伴隨節(jié)段長度改變而變化，索距主要有三種，分別為7.8 m、7.3 m與4.25 m。借助軟件建立橋梁的有限元模型，對于塔、梁結(jié)構(gòu)采用梁單元進(jìn)行模擬，而對于索單元采用懸鏈線索單元進(jìn)行模擬。同時(shí)參考影響矩陣原理，對成橋狀態(tài)達(dá)到合理時(shí)的拉索索力進(jìn)行確定，最后對無應(yīng)力索力進(jìn)行計(jì)算。

2 以無應(yīng)力狀態(tài)為基礎(chǔ)的大范圍調(diào)索

根據(jù)該橋梁工程的施工流程，將斜拉索設(shè)置并初張拉好以后，從1#索開始按照從內(nèi)到外的順序?qū)嵤埨?。該橋梁的斜拉索?shù)量很多，所以只將第15到最后一個(gè)索為例，采用無應(yīng)力狀態(tài)的方法進(jìn)行調(diào)索，并和傳統(tǒng)的方法進(jìn)行對比，以驗(yàn)證無應(yīng)力狀態(tài)方法的合理性、可行性及優(yōu)越性。

將第15斜拉索在到位張拉之前所處的實(shí)際狀態(tài)作為狀態(tài)一，而最后斜拉索在到位張拉之前所處的實(shí)際狀態(tài)作為狀態(tài)二。其中，狀態(tài)一對應(yīng)的斜拉索參數(shù)包括：第15斜拉索的索力和索長分別為2 072.66 KN、1 965.18 KN和125.379 8 m、133.388 9 m；第16斜拉索的索力和索長分別為2 100.21 KN、2 042.65 KN和129.9380 m、141.117 5 m；第17斜拉索的索力和索長分別為2 109.17 KN、2 132.13 KN和134.403 6 m、148.899 7 m；最后斜拉索的索力和索長分別為2 226.94 KN、2 189.72 KN和138.841 9 m、156.624 5 m。狀態(tài)二對應(yīng)的斜拉索參數(shù)包括：第15斜拉索的索力和索長分別為6 012.49 KN、5 732.15 KN和125.167 2 m、133.137 2 m；第16斜拉索的索力和索長分別為6 152.89 KN、5 956.35 KN和129.711 5 m、140.840 9 m；第17斜拉索的索力和索長分別為6 167.13 KN、6 246.95 KN和134.169 0 m、148.592 9 m；最后斜拉索的索力和索長分別為6 478.85 KN、6 397.96 KN和138.588 0 m、156.341 0 m。

采用無應(yīng)力狀態(tài)的方法，僅需要按照經(jīng)計(jì)算確定的斜拉索在沒有應(yīng)力的狀態(tài)下的索長變化值實(shí)施張拉及放松就可以，張拉過程不會受到工序、荷載、溫度等因素的影響。其中，第15斜拉索的索力和無應(yīng)力狀態(tài)下的索長增加量分別為3 939.83 KN、3 766.97 KN與212.51 mm、251.66 mm；第16斜拉索的索力和無應(yīng)力狀態(tài)下的索長增加量分別為4 052.68 KN、3 913.71 KN與226.54 mm、276.59 mm；第17斜拉索的索力和無應(yīng)力狀態(tài)下的索長增加量分別為4 057.96 KN、4 114.82 KN與212.51 mm、251.66 mm；最后斜拉索的索力和無應(yīng)力狀態(tài)下的索長增加量分別為4 251.91 KN、4 208.24 KN與253.94 mm、283.53 mm。如果采用傳統(tǒng)方法通過對索力的控制實(shí)現(xiàn)斜拉索調(diào)整，則要經(jīng)過四個(gè)階段才可以完成到位張拉，同時(shí)對斜拉索進(jìn)行張拉時(shí)還要充分考慮包含工序、荷載與溫度等在內(nèi)的多種因素，如果其中一種因素產(chǎn)生變化，都要重新對索力進(jìn)行計(jì)算?；趥鹘y(tǒng)方法的狀態(tài)轉(zhuǎn)變工序?yàn)椋菏紫?，?5#兩條對稱的斜拉索進(jìn)行同時(shí)張拉，其它斜拉索均不主動(dòng)張拉；然后，對16#兩條對稱的斜拉索進(jìn)行同時(shí)張拉，其它斜拉索均不主動(dòng)張拉；之后，對17#兩條對稱的斜拉索進(jìn)行同時(shí)張拉，其它斜拉索均不主動(dòng)張拉；最后，對最后兩條對稱的斜拉索進(jìn)行同時(shí)張拉，其它斜拉索均不主動(dòng)張拉。按照以上工序進(jìn)行張拉實(shí)際上就是分階段成橋，采用迭代法能計(jì)算確定不同工序?qū)?yīng)的索力和在無應(yīng)力狀態(tài)下的索長。

在計(jì)算確定了不同工序?qū)?yīng)的索力和在無應(yīng)力狀態(tài)下的索長后，可以為斜拉索張拉提供指導(dǎo)，具體為：第一道工序：將15#兩條對稱的斜拉索同時(shí)張拉至6 805.49 KN和6 297.31 KN；第二道工序：將16#兩條對稱的斜拉索同時(shí)張拉至6 766.41 KN和6 418.55 KN；第三道工序：將17#兩條對稱的斜拉索同時(shí)張拉至6 591.85 KN和6 614.79 KN；第四道工序：將最后兩條對稱的斜拉索同時(shí)張拉至6 478.85 KN和6 397.96 KN。在實(shí)際施工過程中，荷載與溫度等和計(jì)算模擬結(jié)果不一致，導(dǎo)致張拉完成后斜拉索所處狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)有很大的偏差，無法進(jìn)行大范圍調(diào)索，這是采用這一傳統(tǒng)方法時(shí)必須重視的問題。

為進(jìn)一步闡述無應(yīng)力狀態(tài)的方法的基本原理，可將第一道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長和狀態(tài)一各項(xiàng)參數(shù)相減，以獲得參數(shù)的增量，記作增量一；然后將第二道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長和第一道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長相減，以獲得參數(shù)的增量，記作增量二；再將第三道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長和第二道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長相減，以獲得參數(shù)的增量，記作增量三；最后將第四道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長和第三道工序?qū)?yīng)的索力與無應(yīng)力狀態(tài)的索長相減，以獲得參數(shù)的增量，記作增量四。

根據(jù)以上增量，對某一根斜拉索進(jìn)行張拉時(shí)，除了它的索力會發(fā)生很大的變化，其它斜拉索的實(shí)際索力也會產(chǎn)生一定變化；但無應(yīng)力狀態(tài)下的索力卻保持穩(wěn)定，只在主動(dòng)張拉后才會發(fā)生明顯的變化，同時(shí)，對斜拉索實(shí)施主動(dòng)張拉后，無應(yīng)力狀態(tài)下的索長變化和索力變化都是唯一對應(yīng)。通過對比可知，無應(yīng)力狀態(tài)下的索長改變量基本一致?；诖?，當(dāng)在大范圍調(diào)索過程中使用無應(yīng)力狀態(tài)的方法時(shí)，主要無應(yīng)力狀態(tài)下的索長和成橋時(shí)無應(yīng)力狀態(tài)下的索長一致，就能使張拉以后的結(jié)構(gòu)受力實(shí)際狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)，和張拉順序之間沒有任何關(guān)系，也不會受到荷載與溫度等因素的影響。

3 結(jié)束語

綜上所述，相較于傳統(tǒng)方法，采用無應(yīng)力狀態(tài)的方法進(jìn)行大范圍調(diào)索時(shí)，不會受到工序、荷載與溫度等因素的影響，無需以上參數(shù)發(fā)生改變后就重新計(jì)算索力，能有效簡化斜拉索的張拉與索力調(diào)整。