外傾式鋼箱系桿疊拱橋吊桿張拉控制與分析

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1、外傾式鋼箱系桿拱橋吊桿張拉控制與分析摘要：本文介紹了系桿拱橋吊桿張拉的施工方法，并結(jié)合某外傾式鋼箱系桿拱橋工程對吊桿張拉施工的相關(guān)理論數(shù)值與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行分析，可供類似工程施工參考。關(guān)鍵詞：鋼箱系桿拱橋吊桿張拉一、工程概況背景橋分為主橋和引橋部分，其中主橋?yàn)?0m+108m+30m三跨連續(xù)外傾式四索面下承式鋼箱系桿拱橋。鋼箱梁為帶U型肋正交異性板結(jié)構(gòu)，鋼箱梁與鋼拱肋原設(shè)計采用高強(qiáng)螺栓連接，因部分螺栓空間受限無法施擰到位，后設(shè)計改為中橫梁頂板與拱肋法蘭板全斷面角焊接。鋼拱肋為外傾式疊加拱，拱肋結(jié)構(gòu)采用變截

2、面加勁矩形鋼箱，拱平面外傾1：3，主拱圈投影高度為39米，副拱圈最高點(diǎn)比主拱圈高7米，采用小節(jié)段焊接拼裝。主拱肋軸線方程：Z=-0.014098X2+41.109610，副拱肋軸線方程：Z=-0.017262X2+48.488258。系桿采用φ15.20高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb≥1860MPa，其它性能不低于《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-1995的要求。主跨車行道鋼梁內(nèi)，拱腳位置布置4組用于平衡拱腳水平推力的系桿，系桿采用環(huán)氧噴涂非集束鋼絞線形式。每個拱側(cè)各2組，每組47根鋼絞

3、線，鋼絞線在鋼梁內(nèi)順橋方向曲線布置，線型與道路線型相同，以每2道橫隔梁位置設(shè)穿孔式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)曲線布置。鋼絞線采用單根雙向張拉工藝，錨墊板下設(shè)置糾偏裝置，每組鋼絞線外增設(shè)PE防護(hù)套。吊桿（OVM-PES(C)）采用（環(huán)氧或）鍍鋅平行鋼絲束成品索，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb≥1670MPa，吊桿索體采用雙層HDPE防護(hù)的全防腐索體套，索體鋼絲束間灌注防腐油脂，實(shí)現(xiàn)全封閉型防腐。全橋共計92根，其中Φ5-91（內(nèi)吊桿）為50根，Φ5-19（外吊桿）為42根。吊桿上部與拱肋的連接采用熱鑄錨叉耳式構(gòu)造（固定端），下部與鋼

4、箱梁連接采用冷鑄鐓頭錨（型號）（張拉端），帶可偏擺球鉸裝置及防水、防腐構(gòu)造，以適應(yīng)吊桿微小轉(zhuǎn)動。吊桿平面布置圖二、吊桿張拉準(zhǔn)備工作1、建立計算模型系桿拱橋?qū)儆诙嘣ù危┏o定結(jié)構(gòu)，因而靜力和動力分析分別采用MIDASCIVIL2006和ANSYS有限元分析程序，經(jīng)模擬計算得出：拱腳最大軸向壓力17866.3KN，主拱單元最大壓應(yīng)力144.96MPa，最大拉應(yīng)力67.2MPa；主跨拱側(cè)主梁最大拉應(yīng)力32.7MPa，最大壓應(yīng)力52.8MPa；中縱梁最大拉應(yīng)力30.2MPa，最大壓應(yīng)力36.2MPa；中主梁

5、最大拉應(yīng)力28.5MPa，最大壓應(yīng)力27.3MPa；拱一側(cè)系桿最大軸力2×4000KN，應(yīng)力為304MPa；人行道縱梁最大拉應(yīng)力為38.14MPa，最大壓應(yīng)力19.96MPa；內(nèi)吊桿最大拉力995.7KN，外吊桿最大拉力123.5KN，吊桿安全系數(shù)大于3。2、張拉順序的確定系桿拱橋吊桿張拉順序主要受拱圈及主梁受力條件限制，為滿足外傾拱圈穩(wěn)定性，也使吊桿張拉過程中橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力的重分布符合設(shè)計模型的理想狀態(tài)，張拉吊桿順序應(yīng)盡量使拱圈受力相對均布為宜。實(shí)踐結(jié)果證明順橋向順序張拉會引起拱圈局部受力不平衡，同

6、時為減少前次吊桿張拉與后次張拉對吊桿索力變化的相互偶合影響（預(yù)應(yīng)力損失），為確保拱圈的安全性和吊桿力的準(zhǔn)確性，一般系桿拱橋吊桿張拉采用數(shù)值方法分級張拉，從跨中到拱腳兩側(cè)分次對稱順序張拉。3、張拉力的計算考慮壓桿的幾何剛度，計算拱圈拱冠、四分點(diǎn)、八分點(diǎn)處的平面位移，主拱失穩(wěn)安全系數(shù)21。根據(jù)設(shè)計院提供的二期恒載鋪張完成后吊、系桿張拉力值：拱一側(cè)系桿最大軸力為4000kN，內(nèi)吊桿力均為750kN，外吊桿均為50kN。其中，內(nèi)吊桿分三次張拉到位，外吊桿分兩次張拉到位。經(jīng)過ANSYS有限元分析程序計算，內(nèi)吊桿

7、第一次張拉增量為225KN，第二次張拉增量為450KN，第三次張拉增量見附表1，外吊桿第一次和第二次張拉增量見附表。（由于最后一次張拉屬微調(diào)，吊桿相互間偶合影響可以忽略）內(nèi)吊桿第三次張拉增量張拉階段吊桿編號張拉增量(kN)張拉階段吊桿編號張拉增量(kN)45西側(cè)13134.2846西側(cè)12249.9158東側(cè)2577.3247西側(cè)11339.1059東側(cè)3574.3148西側(cè)10396.9460東側(cè)4565.7049西側(cè)9437.8361東側(cè)5549.3050西側(cè)8473.8962東側(cè)6525.295

8、1西側(cè)7502.4263東側(cè)7504.0352西側(cè)6523.9264東側(cè)8475.6953西側(cè)5548.2165東側(cè)9439.8054西側(cè)4564.8766東側(cè)10399.0255西側(cè)3573.7567東側(cè)11341.2456西側(cè)2577.0368東側(cè)12252.1657西側(cè)1613.2269東側(cè)13136.934、吊桿安裝施工4.1張拉施工前，所有張拉機(jī)具均按設(shè)計、規(guī)范要求在當(dāng)?shù)刂匦聵?biāo)定。4.2拱上施工和梁下張拉平臺采用鋼管支架配合使用吊機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行