外倾式钢箱系杆叠拱桥吊杆张拉控制与分析.docx

外倾式钢箱系杆拱桥吊杆张拉控制与分析

摘要：本文介绍了系杆拱桥吊杆张拉的施工方法，并结合某外倾式钢箱系杆拱桥工程对吊杆张拉施工的相关理论数值与实际结果进行分析，可供类似工程施工参考。
关键词：钢箱系杆拱桥吊杆张拉
一、工程概况
背景桥分为主桥和引桥部分，其中主桥为30m+108m+30m三跨连续外倾式四索面下承式钢箱系杆拱桥。钢箱梁为带U型肋正交异性板结构，钢箱梁与钢拱肋原设计采用高强螺栓连接，因部分螺栓空间受限无法施拧到位，后设计改为中横梁顶板与拱肋法兰板全断面角焊接。钢拱肋为外倾式叠加拱，拱肋结构采用变截面加劲矩形钢箱，拱平面外倾1：3，主拱圈投影高度为39米，副拱圈最高点比主拱圈高7米，采用小节段焊接拼装。主拱肋轴线方程：Z=-0.014098X2+41.109610，副拱肋轴线方程：Z=-0.017262X2+48.488258。
系杆采用φ15.20高强度低松弛钢绞线，标准抗拉强度σb≥1860MPa，其它性能不低于
《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-1995的要求。主跨车行道钢梁内，拱脚位置布置4组用于平衡拱脚水平推力的系杆，系杆采用环氧喷涂非集束钢绞线形式。每个拱侧各2组，每组47根钢绞线，钢绞线在钢梁内顺桥方向曲线布置，线型与道路线型相同，以每2道横隔梁位置设穿孔式转向器实现曲线布置。钢绞线采用单根双向张拉工艺，锚垫板下设置纠偏装置，每组钢绞线外增设PE防护套。
吊杆（OVM-PES(C)）采用（环氧或）镀锌平行钢丝束成品索，标准抗拉强度σb≥1670MPa，吊杆索体采用双层HDPE防护的全防腐索体套，索体钢丝束间灌注防腐油脂，实现全封闭型防腐。全桥共计92根，其中Φ5-91（内吊杆）为50根，Φ5-19（外吊杆）为42根。吊杆上部与拱肋的连接采用热铸锚叉耳式构造（固定端），下部与钢箱梁连接采用冷铸镦头锚（型号）（张拉端），带可偏摆球铰装置及防水、防腐构造，以适应吊杆微小转动。

吊杆平面布置图
二、吊杆张拉准备工作
1、建立计算模型
系杆拱桥属于多元（次）超静定结构，因而静力和动力分析分别采用MIDASCIVIL2006和ANSYS有限元分析程序，经模拟计算得出：拱脚最大轴向压力17866.3KN，主拱单元最大压应力144.96MPa，最大拉应力67.2MPa；主跨拱侧主梁最大拉应力32.7MPa，最大压应力52.8MPa；中纵梁最大拉应力30.2MPa，最大压应力36.2MPa；中主梁最大拉应力28.5MPa，最大压应力27.3MPa；拱一侧系杆最大轴力2×4000KN，应力为304MPa；人行道纵梁最大拉应力为38.14MPa，最大压应力19.96MPa；内吊杆最大拉力995.7KN，外吊杆最大拉力123.5KN，吊杆安全系数大于3。
2、张拉顺序的确定
系杆拱桥吊杆张拉顺序主要受拱圈及主梁受力条件限制，为满足外倾拱圈稳定性，也使吊杆张拉过程中桥梁结构内应力的重分布符合设计模型的理想状态，张拉吊杆顺序应尽量使拱圈受力相对均布为宜。实践结果证明顺桥向顺序张拉会引起拱圈局部受力不平衡，同时为减少前次吊杆张拉与后次张拉对吊杆索力变化的相互偶合影响（预应力损失），为确保拱圈的安全性和吊杆力的准确性，一般系杆拱桥吊杆张拉采用数值方法分级张拉，从跨中到拱脚两侧分次对称顺序张拉。
3、张拉力的计算
考虑压杆的几何刚度，计算拱圈拱冠、四分点、八分点处的平面位移，主拱失稳安全系数21。根据设计院提供的二期恒载铺张完成后吊、系杆张拉力值：拱一侧系杆最大轴力为4000kN，内吊杆力均为750kN，外吊杆均为50kN。其中，内吊杆分三次张拉到位，外吊杆分两次张拉到位。经过ANSYS有限元分析程序计算，内吊杆第一次张拉增量为225KN，第二次张拉增量为450KN，第三次张拉增量见附表1，外吊杆第一次和第二次张拉增量见附表。（由于最后一次张拉属微调，吊杆相互间偶合影响可以忽略）
内吊杆第三次张拉增量
张拉阶段吊杆编号张拉增量
(kN)张拉阶段吊杆编号张拉增量
(kN)45西侧13134.2846西侧12249.9158东侧2577.3247西侧11339.1059东侧3574.3148西侧10396.9460东侧4565.7049西侧9437.8361东侧5549.3050西侧8473.8962东侧6525.2951西侧7502.4263东侧7504.0352西侧6523.9264东侧8475.6953西侧5548.2165东侧9439.8054西侧4564.8766东侧10399.0255西侧3573.7567东侧11341.2456西侧2577.0368东侧12252.1657西侧1613.2269东侧13136.93
4、吊杆安装施工
4.1张拉施工前，所有张拉机具均按设计、规范要求在当地重新标定。
4.2拱