无支架缆索吊装扣索索力计算方法特点分析.docx

无支架缆索吊装扣索索力计算方法特点分析中图分类号：TH文献标识码:A文章编号：1007-0745（2013）09-0241-01摘要：大跨径的钢管混凝土拱桥因其优美的造型以及适用的经济性当今得到了迅速发展。大部分钢管混凝土拱桥尤为大跨径多采用无支架缆索吊装法和千斤顶钢绞线斜拉扣挂法施工。针对这种多节段的吊装施工的方法需要精确计算其索力以保证施工过程中扣索的安全性以及成桥后全桥结构合理的受力和成桥线形满足设计要求。关键词：钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装施工扣索索力计算在大跨度钢管混凝土拱桥的无支架缆索吊装施工中扣索的索力是需要十分重视的控制条件。为了尽可能精确计算扣索索力必须了解各种扣索索力计算方法特点以选择合理的计算方法。1、常见扣索索力计算方法1.1有限元法有限元法的基本原理是将求解域看作由许多极小的互连子域组成该小的子域称即称为有限元然后对每一单元假定一合适的近似解进而推导求解这个域总能满足的条件然后得出解。该方法得出的是一个近似解而非精确解。然而就大多实际问题都是难以得出精确解的同时有限元法得出的近似解的精度已经足够满足解决实际问题的需要且能适应各种复杂形状因而能有效的应用与工程的计算分析中。1.2零位移法零位移法的基本原理是按照桥梁的施工加载顺序在分段吊装计算时于每段扣索处虚拟一个支座约束利用相关的力学知识加上每个阶段各支座反力为零的条件可以求解出各扣索在各吊装阶段的索力值。其计算原理十分简单且各个阶段无需设置预抬值。但是由于是按照桥梁的施工加载顺序计算在吊装一个节段时前面扣索的力以及控制的标高都需要调整。在实际施工中十分繁琐尤其是对于节段较多的情况更是容易因为频繁的调索导致拱肋截面应力超限甚至在某些拉索处出现不符合实际情况的负值。零位移法要求在索力计算过程中以考虑成桥预拱度后的设计拱轴线作为调索的目标线形虚拟一个支座以替代扣索扣点处用以约束扣点处的竖向和纵向位移。由力学知识即可计算出支座反力进而算出扣索索力。如此即可保证在该索力下达到虚拟支座同样的效果即扣点出位移始终为零。1.3定长扣索法与零位移法相反定长扣索法不是按照施工和加载顺序计算的。而是按照与实际施工加载相逆的顺序逐步倒拆即根据倒退分析法确定扣索的放样长度。考虑了在实际施工中依靠后续的加载对前面扣索造成的弹性伸长也同时考虑了弹性伸长后的扣索对后续吊装阶段的的影响。可以使各段扣索应力相对均匀而且在后续节段的吊装过程不需要重新张拉或者松弛已张拉扣索并且可以使已张拉扣索的应力保持在一个范围内不会出现过大浮动而且全桥可以达到设计的轴线位置。在使用定长扣索法确定索力时其基本原理是按照倒退分析发确定放样扣索长度的以此确定扣索初始应力的。在计算分析过程中需要注意前面扣索的非线性影响要比后面扣索的非线性影响要大。2、索力计算方法的比较2.1有限元法：在有限元法提出的初期因其需要庞大的计算量其使用范围受到局限然而在计算机普及的今天和随着计算机的计算能力越来越突出计算量不再是影响其使用的最大因数甚至出现了专门的有限元计算软件。针对扣锁索力的计算可根据施工图纸建立有限元的模型由于建模时候通常是假设拱肋阶段在扣索张拉以后扣索扣点位置即达到设计拱轴线和标高所以建模时候的标准模型是以考虑考虑过预拱度后的设计拱轴线作为模型。因其扣点位移始终为零故有限元法在原理上与零位移法有一定的类似。2.2零位移法：零位移法的关键是将扣点约束虚拟成支座约束在考虑预拱度后的设计拱轴线作为标准线形的条件保证虚拟的支座约束（扣点约束）处的位移始终为零可以计算出竖线和轴向两个方向的支反力进而可得出相应扣索索力和索力增量。虽然在保持其位移始终为零的条件下可以保证施工过程中扣点位置始终在设计线形位置但是由于后续节段的施工会对前面扣点位置造成变化所以在后续节段施工时需要对前面扣索重新张拉使得施工繁琐；同时由于是将扣索虚拟为支座的在虚拟条件下支座可以提供各个方向支反力所以经常会出现在后续节段施工时发现早期张拉扣索出现承压的情况显然与实际情况不符；实际中线形出现偏差时也难以用零位移法调整拱肋轴线最终会出现“马鞍形”所以零位移法在施工施工中对扣索索力的计算指导性不强。2.3定长扣索法：定长扣索法是按倒退分析法先确定扣索放样长度。即在张拉早期扣索时就考虑了后续吊装节段和扣索对该扣索的影响然后使其最终达到考虑预拱度后的设计线形。相对零位移法而言它不需要每吊装一个新的节段就对前面扣索重新调力而且不会出现类似零位移法中某些扣索承压的情况同时各个扣索的力在各节段的吊装时均不会出现太大波动安全性较强。但是定长扣索法是先计算各节段拱肋预抬高度来确定