馬嶺河大橋索力調(diào)整技術(shù)
2017-10-17
1.1 大橋基本情況
馬嶺河特大橋是國(guó)家高速公路網(wǎng)汕昆公路貴州境板壩至江底段的組成部分，是貫穿南昆經(jīng)濟(jì)帶的重要通道，位于貴州省興義市頂效開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，跨越著名國(guó)家4A 級(jí)風(fēng)景區(qū)--馬嶺河大峽谷。大橋左幅全長(zhǎng)1386m，右幅全長(zhǎng)1367.5m，跨徑布置為（7×50+155+360+155+40+6×50）m，主橋?yàn)?55+360+155m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔斜拉橋，8號(hào)高塔處采用全漂浮體系，9號(hào)矮塔處采用塔梁固結(jié)體系。全橋通過(guò)178 根斜拉索呈扇型布置固于上塔柱段，索塔形式采用A 形塔。下部構(gòu)造為承臺(tái)樁基礎(chǔ)、重力式橋臺(tái)、空心薄壁墩或?qū)嶓w墩，主塔高度197.075m。
1.2調(diào)索原因
2013年對(duì)馬嶺河特大橋進(jìn)行了特殊檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容包括主梁線形、主塔偏位測(cè)量和索力測(cè)試。得到主塔偏位：8#索塔塔頂偏位83mm，9#索塔塔頂偏位為48mm，方向都是偏向南側(cè)。9 號(hào)主塔的實(shí)測(cè)偏移方向與理論偏移方向相反；主梁線形：主梁線形平順，主跨跨中實(shí)測(cè)下?lián)蠟?4mm；索力：與設(shè)計(jì)成橋索力相比，共有48 根索力誤差超過(guò)10%，誤差介于-13.17%～17.07%之間，索力差值介于-641.796kN～842.189 kN 之間。由檢測(cè)結(jié)果可知，馬嶺河特大橋在成橋5年后索力與設(shè)計(jì)成橋索力偏差較大，因此有必要對(duì)斜拉索進(jìn)行調(diào)索。
2 調(diào)索方法
調(diào)索計(jì)算采用影響矩陣法，根據(jù)本橋?qū)嶋H情況，我們以設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)為調(diào)索目標(biāo)狀態(tài)。以成橋索力和主梁應(yīng)力為主要調(diào)整目標(biāo)，同時(shí)兼顧主梁線形和塔頂偏位。利用影響矩陣原理，通過(guò)模型調(diào)索工具和手調(diào)相結(jié)合的方法，對(duì)本橋進(jìn)行調(diào)索計(jì)算。根據(jù)線性疊加原理計(jì)算公式可以表示為
其中： 為影響矩陣； 為施調(diào)向量，指的結(jié)構(gòu)中指定可實(shí)施調(diào)整以改變受調(diào)向量的若干個(gè)獨(dú)立元素所組成的行向量； 為受調(diào)向量，指的結(jié)構(gòu)物中關(guān)心的若干個(gè)獨(dú)立元素所組成的行向量，為成橋索力和主梁應(yīng)力，以及主梁線形和塔頂偏位。取初始索力為 ，目標(biāo)成橋索力為 ，下標(biāo)“ ”代表拉索數(shù)目，比前面施調(diào)向量的元素少1，上標(biāo)“ ”代表初始索力，“ ”代表目標(biāo)成橋索力；設(shè)在調(diào)索時(shí)需要將1、2、3、4等點(diǎn)的撓度 以及體系控制截面關(guān)鍵內(nèi)力效應(yīng)（如主梁應(yīng)力） 作為目標(biāo)控制量，施調(diào)向量 和影響矩陣 分別如下：
3、計(jì)算模型與調(diào)索方案
3.1 計(jì)算模型
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采MIDAS/Civil2010 結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行算。在施工監(jiān)控計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，考慮施工階段施工工況，在成橋后增加收縮徐變和通車運(yùn)營(yíng)各3年工況。全橋共離散成693 個(gè)單元，884 個(gè)節(jié)點(diǎn)。主梁和主塔都采用梁?jiǎn)卧?，斜拉索采用桁架只受拉單元。全橋?jì)算模型見(jiàn)圖2。
3.2 調(diào)索方案
調(diào)索順序按照由下到上、先8 號(hào)墩后9 號(hào)墩的施工順序，最終得到需要進(jìn)行調(diào)整的拉索共計(jì)48 根，調(diào)整量介-100kN～450kN 之間，具體調(diào)整索號(hào)見(jiàn)圖3及其對(duì)應(yīng)調(diào)整索力見(jiàn)表1 。
4、調(diào)索結(jié)果
調(diào)索后，主梁上緣最大壓應(yīng)力為10.1MPa，比調(diào)索前增加0.29MPa，下緣最最大壓應(yīng)力為13.6MPa，比調(diào)索前增加0.47MPa，應(yīng)力變化值較小。在調(diào)索前后主塔幾乎沒(méi)有發(fā)生沉降，而主梁線形變化也很小，以跨中撓度為例，僅產(chǎn)生了0.004m 的沉降。8 號(hào)墩主塔向邊跨偏移了0.017m，9 號(hào)墩主塔向邊跨偏移了0.008m，兩個(gè)主塔的偏移量都不大，但都是向有利于結(jié)構(gòu)受力的方向發(fā)生偏移。全橋索力誤差超過(guò)10%的只有7 根索。這7 根索主要分布在8 號(hào)墩塔梁交匯處附近，由于本橋結(jié)構(gòu)不對(duì)稱（半漂浮體系：8 號(hào)墩漂浮9 號(hào)墩塔梁固結(jié)）且8 號(hào)墩有兩根0 號(hào)索，所以在該處拉索索力比較難調(diào)整到位。另外由于成橋索力較小相對(duì)誤差就會(huì)較大。但從效果來(lái)看：原來(lái)50 根誤差超過(guò)10%的拉索已減少到只剩7 根，索力調(diào)整效果顯著。
5 結(jié)論
通過(guò)影響矩陣來(lái)調(diào)索，使得斜拉索安全系數(shù)增大、橋塔偏位有所減小，主梁應(yīng)力合理，使得實(shí)測(cè)與理論計(jì)算趨同，達(dá)到調(diào)索目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]李古暄， 鄧尚瑛， 肖文等. 九江大橋斜拉橋調(diào)索計(jì)算方法[J]. 廣東公路交通， 2000：176-178.
[2]淡丹輝， 楊通. 基于影響矩陣及粒子群算法的斜拉橋自動(dòng)調(diào)索[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2013， 41（3）：355-360.
[3] 茹虹橋. 鋼管拱肋橋吊索索力調(diào)整施工技術(shù)[J]. 大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007， 28（2）：90-93.
[4] 潘桂梅. 索力調(diào)整中影響矩陣在MIDAS/CIVIL中的實(shí)現(xiàn)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程， 2011， 11（27）：6763-6766.
[5] 鄧一楠. 南浦大橋內(nèi)力調(diào)整施工監(jiān)控技術(shù)研究[J]. 城市道橋與防洪， 2013， （1）：81-83.
