预应力混凝土自锚式悬索桥吊索张拉施工分析

预应力混凝土自锚式悬索桥吊索张拉施工分析　文／程德强　自锚式悬索桥将主缆锚固于加劲梁自身，除去了庞大的　～对吊索合并计算。考虑到主缆主要受拉，而不承受弯矩，　锚碇，可以避免不良地基的限制，扩大了中小跨径悬索桥的　适用范围。同时，主缆对加劲主梁提供了强大的预压力，这　对其惯性矩进行修正为１Ｅ一５ｍ　。考虑由缆索垂度引起的非线　性影响，引入Ｅｒｎｓｔ公式Ｅ＝Ｅ／０＋（ｃｏ／）　．Ｉ　ｌ！　）计算缆索的等效　样主梁可以采用钢筋混凝土，充分发挥混凝土材料的抗压性　能，和钢主梁相比降低了工程造价和维护费用。　１混凝土自锚式悬索桥施工工艺　自锚式悬索桥施工时由于主缆锚固在主梁上，因此先要　在满堂支架上现浇主梁，然后架设主缆，安装吊索，分级多　次张拉吊索使主梁脱架，最后成桥。其施工工艺决定了主缆　的空缆状态和成桥状态差别很大，而主梁的位置变化不大，　设计成桥时的吊索长度大部分小于空缆时主缆到主梁的锚固　长度，故在吊索张拉过程中吊索需要接长，同时受吊索承载　能力、张拉设备的数量和能力、主梁和主塔的承载能力限　制，全部吊索必须多次逐级张拉，才能达到设计值。　２某县自锚式悬索桥工程概况　某县便民桥为２Ｏ＋３８＋８Ｏ＋３８＋２０＝１９６ｍ五跨预应力混凝　土自锚式悬索桥，为城市人行桥，其结构体系为空间双索面　自锚式悬索桥，主缆中跨矢跨比为１／６。加劲主梁为预应力混　凝土单箱单室箱梁，主缆锚固在箱梁外侧，在锚固区梁段为　实体，并在锚固跨设４ｍ长的锚固兼压重区，平衡主缆对加劲　梁的上拔力。　吊索张拉和主梁脱架是自锚式悬索桥成桥的关键阶段，　而且吊索张拉是一个复杂的非线性过程。必须制定合理的张　拉方案，使主缆和主梁逐步达到成桥线形，且吊索索力均　匀，同时使索鞍顶推次数最少，主梁和主塔应力控制在安全　范围之内。　吊杆张拉分两个阶段：第一阶段分四次张拉。ａ．安装张　拉，先拆除锚固跨支架，为主梁提供压重平衡，所有吊索张　拉到５ｔ，进行素力调整：ｂ所有吊杆张拉到８ｔ，进行索力调　整：ｃ．所有吊索张拉到１１ｔ，对称拆除东、．西两边跨从主缆锚　固点向跨中方向各１５ｍ范围内的支架，进行索力调整；ｄ所　有吊杆张拉到１４ｔ，进行索力调整。第二阶段所有吊杆按　０．５ｔ一级进行张拉，直到主梁脱离支架（设计吊杆索力　１７．５ｔ）。此阶段根据主梁变形情况，先对称从跨中向东、西　方向拆除中跨２４ｍ支架，然后分组同时对称于主塔拆除剩余　支架。　３施工过程受力分析　自锚式悬索桥在施工阶段存在非线性的影响：张拉某根　吊索时对其他吊索力的影Ⅱ向是非线性的：鞍座的滑移和顶推　对结构影响是非线性的：主梁与支架间的相互作用的变化是　非线性的；混凝土徐变和收缩的影响是非线性的。由于张拉　一般选择温度比较稳定的时间段进行，因此不考虑张拉过程　的温度影响。　用桥博３．０建模，考虑非线性的影响。主梁和主塔由梁单　元模拟，主缆用钢构件模拟，吊索用拉索单元模拟，将横向　弹性模量，由对主缆弹性模量进行修正，其中为钢构件的弹　性模量，为主缆弹模修正系数。对张拉过程中支架支撑作　用，用单向约束来模拟，即主梁在支架上只能上挠。　根据吊索张拉顺序设定施工阶段，先支架现浇主梁，架　设主缆并张拉锚固，拆除锚固跨支架。然后从跨中和主缆锚　固处附近对称向主塔方向安装吊索，安装吊索张拉力为５ｔ。　尔后张拉次序与安装时相同。每轮张拉时，先张拉最中间的　吊索，其后的两步边跨张拉１对索，同时边跨张拉２对索：然　后对称张拉完余下吊索。按照既定方案完成张拉和支架拆除　施工。吊索张拉阶段索力误差控制在１５％，拆除支架阶段索　力误差控制在５％。　在整个张拉中，塔顶水平偏位是朝向跨中方向发展的，　只是在吊索索力逼近１６与ｔ时达到最大值１５　８ｍｍ，然后随着　索力不断张拉调整有一些回退，拆除支架前下降到１２　５ｍｍ。　拆完支架后塔顶水平偏位回退到７．７ｍｍ。同时塔身中跨一侧　的应力变化趋势与塔顶偏位类似。　当吊索张拉施工到第３６步，即索力接近１６．５ｔ时，主梁开　始上挠。随着索力逐渐增加，挠度也不断增长。桥支架拆除　对于主梁竖向挠度有较小的影响，主要是由于支架拆除方案　还不够优化，有待改进。由于设计为带锚固跨的预应力混凝　土加劲梁结构，锚固跨为平衡主缆锚固处的强大水平力，而　配置了预应力钢束，因而主梁中应力变化幅度有些大。　由于吊索张拉过程存在索力卸载的作用，因此每轮张拉　时各对吊索的实际张拉控制力并不相等，根据吊索张拉次序　的不问，张拉控制力也要作相应调整。采用试算的办法，根　据张拉方案和误差控制原则，使每轮的吊索索力逼近张拉方　案要求索力。考虑到成桥后白锚式悬索桥的整体刚度比较　大，可以用影响矩阵法调整吊索索力。　综上所述，在吊索张拉及支架拆除阶段，索塔偏位最大　值为１　５．８ｍｍ，实际监控资料显示为１　６ｍｍ，索塔及主梁应力　控制在允许范围内，主梁竖向挠度７．８４ｃｍ和实际监控资料的　数据比较接近，考虑到施工中不确定因素的影响，整个吊索　张拉及支架拆除施工的模拟是有参考价值的。　４结束语　本文针对自锚式悬索桥吊索张拉及拆架施工过程进行模　拟分析，考虑了主缆大位移非线性、主梁与支架接触非线　性、混凝土收缩徐变的影响，从理论上分析了施工过程结构　的受力变形行为。虽然所应用的软件在考虑施工阶段几何非　线性时采用的是增量理论，但对于小跨径的悬索桥来说，加　大荷载分级数，可获得了比较理想的精度。图　作者单位：平项山市城市建设研究中心　【收稿日期：２００８～０７—１１】