分析下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力计算

银磊（中铁七局集团第一工程有限公司　河南洛阳　471000）

分析下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力计算

银磊
（中铁七局集团第一工程有限公司河南洛阳471000）

在系杆拱桥的施工过程中，吊索施工张拉力计算是一个具有重要意义的关键问题。本文将某下承式钢管混凝土系杆拱桥作为背景，对下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力的相关计算方法进行分析，旨在促进下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力计算的准确率得到不断提高。

钢管混凝土拱桥；吊索张拉力；计算

钢管混凝土系杆拱桥凭借其外观优美、受力合理等优点在工程施工过程中的应用越来越广泛，在铁路、公路等工程的施工过程中均得到普遍应用[1]。该类桥型主要由三大部分共同组成，这三部分分别为拱肋、系梁和吊杆。主梁支撑在吊杆之上，拱肋的作用为承压，同时会产生相应的水平推力，该推力通过系梁内预应力平衡，为一个具有平衡性的自平衡体系。该三部分间存在相互制约、相互依存的关系，在施工过程中各个部件相互间均存在影响。所以在对工程建设进行设计及施工阶段必须要对各因素进行综合性考虑，促进拱桥可达到最佳的受力状态。吊索施工张拉力计算为系杆拱桥施工过程中的一个关键问题，必须加强对其进行深入分析。

1　常用下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力计算方法

1.1迭代法

1.2倒拆计算法

倒拆计算法在应用过程中假设t=t0时，结构中存在的内力可以满足正装计算t时刻的结果，线形、内力均符合设计要求。在这种情况下，根据正装分析中的逆过程，将结构倒拆，对各拆除施工段粗剩余结构产生的具体影响进行分析。将一个阶段中分析所得结果作为此段结构施工的理想状态。在应用倒拆计算法进行计算时，必须要对主梁支架情况进行科学判断，对边界条件进行适当更改，只要这样才能提高计算结果的准确性[2]。

1.3影响矩阵法

在变形程度下，线弹性结构中，对其位移、内力进行计算是与叠加原理相互符合。在影响矩阵法的应用过程中，将每个吊杆施工的张拉力作为计算的基本未知量，张拉操作完毕后所能达到的目标索力作为目的。以吊杆张拉存在的顺序作为依据，应用有限元模型分别将每根吊杆施加单位力时对其他吊杆的影响系数进行计算，对每个吊杆张拉时影响矩阵进行建立，然后再通过求解矩阵得到吊杆施工时存在的具体张拉力，促进吊杆力的目标值得以实现。影响矩阵法仅适用于对线性阶段、线性结构进行计算。在对吊杆实施张拉操作的过程中，开始张拉到完成张拉的过程中，可假设边界条件未出现任何变化，在这种情况下可使用影响矩阵法来进行相应的计算。当吊杆需要进行多次张拉时，则必须在每次张拉中都对影响矩阵进行计算。因为实施一次张拉以后吊杆已被安装好，结构会产生相应的变化，因此影响矩阵也会出现相应的变化。在吊索结构中，在对影响矩阵进行求解的过程中，因为实施张拉之后吊索会处于有应力状态，在对某根吊杆增加单位力对其它吊杆影响进行计算时，可以把其它吊杆当做桁架杆来进行相应的处理。

在建立计算模型的过程中，必须要高度重视对吊杆刚度进行修正。计算模型的建立过程中，吊杆长度为去所在具体位置的拱肋中心线至系梁中心线之间存在的距离，但是在实际结构当中，吊杆长度为两端锚固板间存在的具体距离，二者间存在差距[3]。因此，为了促进计算精度得到有效提高，必须要对吊杆抗拉刚度进行修正。

在不对索张拉后拱肋、主梁存在的变形情况进行考虑的情况下，可认为索两端的边界具有良好的刚性。在这种情况下所施加的索力就相当于吊杆张拉后索力，可将此作为迭代起点。但是在实际中，吊杆张拉时拱肋、主梁均存在一定程度的变形，因此实际上张拉后吊杆索力会比目标索力要小一些。迭代法主要是通过持续性地改变施加的张拉力进而促进目标索力得以实现。迭代法在应用过程中的计算流程主要表现如下：①以施工步骤作为依据进行有限元模型建立。②将施工张拉力{T0}初始值假设为设计成桥索力 {P}进行计算。④将计算结果 {T1}提取，并对，看其是否在设计要求所允许的误差值{Δ}范围内。但结果在允许的误差值范围内时可将结果输出作为最终的计算结果。如计算结果超出{Δ}范围时则需返回步骤2的计算，将施工张拉力设为{Ti}={Ti-1}+{ΔT}，直至结算结果在{Δ}范围为止。

该种计算方法操作简单且具有直观性，适用于大跨度桥梁的几何非线性情况，可对混凝土拱桥存在的收缩徐变问题进行充分考虑，且应用过程中可借助计算机来进行相应的计算。该种计算方法的缺陷表现为有时会花费较多的时间。

2　工程实例计算分析

2.1工程概况

该工程为某某铁路钢管混凝土提篮拱桥，工程中拱肋主要应用的是提篮式钢管混凝土结构。拱肋轴线、上弦钢管轴线、下弦钢管轴线在竖直面上呈现出三条抛物线投影。工程中的拱肋应用的是双肢格构式钢管混凝土，两根钢管拱顶处存在较近距离，拱脚处存在较远距离。在两片拱肋中设置由3道横撑对横向刚度起到良好的加强作用。工程应用的材料均为Q345钢。主梁为现浇整体主梁，混凝土为C50混凝土，截面为箱肋式，将吊索锚固定在横梁的底部，顺着桥向，每隔6m处便设置有一道标准横梁，横梁的厚度为0.5m，在支座的附近设置由两道加厚端的横梁。工程所用吊索均是由低松弛镀锌高强钢丝组成，每根吊索之间存在的距离均相等。整座桥总共有28根吊索，每侧各设有14根。

该工程在施工过程中所应用的施工方法为先梁后拱，施工过程中的具体操作步骤为：①对施工支架进行搭设，现浇支架主梁。②对纵向预应力筋进行张拉，对施工拱肋、横撑进行吊装。④进行第二批纵向预应力筋进行张拉，实施钢管内压注混凝土操作，对吊杆进行张拉，对剩余的纵向预应力筋进行张拉。最后，将主梁现浇支架拆除，对桥面进行铺装，调整全桥索力。

2.2吊索施工张拉力的计算

以设计的相关资料作为依据，完成桥面铺装等相关施工后，吊索张拉完成后索力详见表1。在该工程中，吊索张拉方案是从边至中依次实施对称张拉操作。每次张拉的吊索数量为四根。在本文为了方便说明，将同时进行张拉的索定定义为相同的吊索号。

2.2.1应用倒拆法对吊索张拉完毕后的索力进行计算

对吊索实施张拉操作完毕后，还需对纵向预应力钢筋实施张拉操作，同时还有实施桥面铺装施工。因此，在本次研究中，应用倒拆法从设计成桥状态开始实施倒拆计算，计算过程一直延续到吊索张拉操作完成，最后才获得吊索张拉完毕时各吊索索力。该工程通过计算所获得的吊索张拉完毕时各吊索索力详见表1。

表1　设计目标索力及张拉完毕时各吊索索力情况（kN）

2.2.2应用影响矩阵对吊索张拉力进行计算

计算出吊索张拉完毕之后的索力后，按照张拉过程中索力的影响矩阵，可将各吊索在各施工步骤过程中须施加的张拉力进行计算。在对吊索实施第一次张拉操作时，还没有完全形成一个完整的结构体系，对某根吊索进行张拉时，只会对已经安装完毕的相关吊索力产生影响。在这个情况下，索力影响矩阵表现为上三角矩阵。按照有限元模型，以吊索的安装过程中的具体步骤作为依据，分别将每根吊杆在实施张拉过程中对已经安装好的其他吊索产生的相应影响计算出来，进而将影响矩阵计算出来。实施第二遍张拉时，因为在这个时候吊索基本已经完全安装好，因此在对某根吊索进行张拉时，剩下的其他吊索均会受到影响。因此这个时候的影响矩阵表现为满秩矩阵。

吊索张拉操作完毕之后，后续的相关施工操作也会对吊索力产生一定程度的影响。在对影响矩阵进行求解时，须将目标索索力发生单位变化时对其它索产生的影响计算出来。这个计算过程中可通过有限元计算得以实现。

3　结束语

在杆拱桥的施工过程中存在较大复杂性，在施工期间同时存在结构体系变化和边界相关条件的变化。这些情况的存在大大增加了吊杆张拉力计算的复杂性。为了促进施工完毕之后能够自动达到目标索力，不用实施返回张拉操作，需加强对下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力的相关计算方式进行分析，并积极采取相应措施促进计算精确度得到不断提高。

[1]彭宣茂.系杆拱桥吊杆初始张拉力的计算方法[J].水利水电科技进展，2013，9（1）：624～625.

[2]王晓晶，吴姗姗，闫昕，等.基于光纤光栅传感技术的锚杆张拉力测试方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2012，7（3）：822～823.

[3]任伟新，谢瑞杰.下承式钢混凝土系杆拱桥吊索施工张拉力计算[J].中国西部科技544，2013，2（12）：910～912.

U448

A

1673-0038（2015）06-0172-02

2015-1-20

银磊（1987-），女，助理工程师，本科，主要从事技术管理工作。