簡支系桿拱建模處理對吊桿力及變形的影響分析

付 飛

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

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簡支系桿拱建模處理對吊桿力及變形的影響分析

付 飛

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

文章以一座56 m簡支系桿拱橋為例，采用midas Civil軟件進行建模，分析了簡支系桿拱橋箱型主梁用單主梁和梁格法建模、考慮實體拱座和不考慮實體拱座建模對吊桿力及拱肋、主梁等變形的影響，并在施工過程中對吊桿力和變形進行監測，驗證建模處理方法的合理性，為同類型橋的建模分析提供參考。

簡支系桿拱； 建模； 吊桿力； 變形； 監測

1 主梁介紹

雙線鋼管混凝土簡支系桿拱，上部結構為1～56 m，計算跨徑為56 m，主梁全長為58 m。拱肋平面內矢高14 m，矢跨比f/L=1∶4，拱肋線采用二次拋物線，拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土變截面，拱管內灌注C50補償收縮混凝土，拱肋之間設有5道一字形橫撐。吊桿采用平行布置，間距4 m，全橋共設11對吊桿。采用先梁后拱的施工方法，結構布置示意見圖1。

圖1 簡支系桿拱橋橋型布置示意

主梁采用等高度、單箱五室預應力混凝土箱形截面，梁高1.4 m，頂板厚0.35 m，底板厚0.35 m，邊腹板厚0.8 m，中腹板厚0.35 m，中橫隔厚0.4 m，邊橫隔厚3 m。主梁橫截面見圖2。

圖2 簡支系桿拱橋主梁截面

2 箱型主梁采用不同建模方式的結果

在對簡支系桿拱橋進行設計及施工過程控制性計算[1]時，通常需要建立整體模型。為了簡化建模過程，整體計算模型中針對箱型主梁，可采用單主梁模擬，或采用梁格法[2]將箱梁簡化為縱梁和橫梁進行模擬。

采用midas Civil軟件建立整體模型，分別按上述兩種對箱型主梁的模擬方法進行建模，根據實際施工工況采用正裝分析，計算分析不同模擬方法時簡支系桿拱橋成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力、主梁變形、拱肋變形等的結果。

midas Civil整體計算單主梁模型如圖3所示，梁格法模型如圖4所示。

圖3 單主梁模型

圖4 梁格法模型

成橋后，單主梁模型、梁格法模型的吊桿力如表1所示。

表1 單主梁、梁格法模型成橋后吊桿力

注：差值和偏差是相對于梁格法模型。

由表1可知，箱型主梁采用單主梁或梁格法進行模擬，由于剛度分布、荷載分布等的變化，兩種建模處理方法得到的成橋索力有偏差，表中數據偏差不超過5 %。如果合理選取梁格法截面、準確模擬荷載分布，吊桿力偏差會更小。

成橋后，單主梁模型、梁格法模型的拱肋豎向位移、主梁豎向位移如表2所示。

表2 單主梁、格子梁模型成橋后拱肋豎向位移 mm

注：表中負值表示向下位移，差值是相對于梁格法模型。

由表2可知，箱型主梁采用單主梁和梁格法進行模擬，由于剛度分布、荷載分布等的變化，兩種建模處理方法得到的成橋后拱肋及主梁豎向位移有較大偏差。

因箱型主梁較寬，按寬箱梁梁格法理論，采用梁格法的建模處理方法結果更符合實際。

綜上所述，簡支系桿拱橋建立整體模型時，寬箱型主梁采用單主梁模型對成橋后拱肋、主梁豎向位移影響較大，采用梁格法模擬寬箱梁較為合理。

3 拱座采用不同建模方式的結果

系桿拱橋拱座受力復雜[3]，為了分析拱座建模精度對整體計算模型的影響，分別建立了不考慮拱座實體(拱肋直接與主梁固結)和考慮拱座實體(拱肋通過拱座實體單元與主梁連接)兩種模型。

采用midas Civil軟件建立整體模型，分別按上述兩種模擬方法進行建模，根據實際施工工況采用正裝分析，計算分析不同模擬方法時簡支系桿拱橋成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力、主梁變形、拱肋變形等的結果。

不考慮實體拱座的整體計算模型如圖5所示，考慮實體拱座的整體計算模型如圖6所示。

圖5 不考慮實體拱座的整體計算模型

圖6 考慮實體拱座的整體計算模型

成橋后，不考慮實體拱座、考慮實體拱座模型的吊桿力如表3所示。

由表3可知，不考慮實體拱座模型相比于考慮實體拱座模型計算出來的結果，端部短吊桿吊桿力偏大，中部長吊桿

表3 不考慮實體拱座、考慮實體拱座模型成橋后吊桿力

注：差值和偏差是相對于考慮實體拱座模型。

吊桿力偏小。尤其對端部靠近拱座的第一根短吊桿，不考慮實體拱座影響時，吊桿力比考慮實體拱座影響增大了19.2 %。因此，在整體計算模型中，不能忽略實體拱座對拱肋和主梁連接處剛度的影響。

成橋后，不考慮實體拱座、考慮實體拱座模型的拱肋豎向位移、主梁豎向位移如表4所示。

表4 不考慮實體拱座、考慮實體拱座模型成橋后拱肋豎向位移 mm

注：表中負值表示向下位移，差值是相對于考慮實體拱座模型。

由表4可知，不考慮實體拱座模型相比于考慮實體拱座模型計算出來的結果，拱肋豎向位移、主梁豎向位移均偏大，平均差值約1 mm，最大差值1.5 mm，是由于考慮實體拱座影響模型主梁端部和拱腳連接部位整體剛度增大，位移變小。

綜上所述，簡支系桿拱橋建立整體模型時，實體拱座對成橋吊桿力和拱肋、主梁豎向位移均有影響，尤其對拱座附近吊桿力影響較大，建模過程中不能忽略實體拱座的影響。

4 施工監測

為了了解上述建模處理方法的理論分析結果與實際工程的偏差，驗證所采用的建模處理方法的可行性，在56 m簡支系桿拱橋施工過程中，對吊桿力、拱肋及主梁豎向位移進行了施工階段監測。

吊桿力監測，采用壓力傳感器法[4]和頻譜分析法[5]相結合。壓力傳感器法是通過將穿心式壓力傳感器(又叫錨索計，型號為JMZX-3320AT，六弦，最大量程為2 000 kN)安裝于吊桿張拉端螺母與錨墊板之間，吊桿張拉過程中和張拉后可以實時監測吊桿張力。頻譜分析法是用高靈敏度的動測儀傳感器(拾振器，型號為JMM-268-A)采集吊桿在自由振動下的振動信息，通過索力動測儀(型號為JMM-268-1)進行頻譜分析得到吊桿的自振頻率，通過動力平衡方程計算吊桿力。

成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)吊桿力實測值與考慮實體拱座的梁格法模型理論值對比如表5所示。

表5 吊桿力實測值與考慮實體拱座的梁格法模型理論值對比

注：差值和偏差是相對于理論值。

由表5可知，成橋后，吊桿力實測值與考慮實體拱座影響的梁格法主梁模型理論值偏差在4 %以內，滿足相關要求。

根據實測結果表明，系桿拱橋理論計算建模時，需要合理考慮實體拱座對主梁端部和拱肋拱腳段整體剛度的影響。

成橋后(即吊桿張拉完畢、拆除梁底支架后)，拱肋、主梁豎向位移實測值與考慮實體拱座的梁格法模型理論值對比如表6所示。

由表6可知，成橋后，拱肋、主梁豎向位移實測與采用考慮實體拱座的梁格法模擬主梁的理論值較吻合，說明采用梁格法模擬箱型主梁是合理的。

表6 拱肋、主梁豎向位移實測值與考慮實體

注：表中負值表示向下位移，差值是相對于理論值。

5 結 語

通過對56 m簡支系桿拱橋箱型主梁采用單主梁和梁格法、考慮實體拱座和不考慮實體拱座的不同建模處理方式，對成橋后吊桿力、拱肋及主梁豎向位移的理論計算結果進行比較，并在實際施工過程中進行吊桿力和豎向位移的監測，結果表明該系桿拱橋進行整體建模分析時，需要合理采用梁格法模擬箱型主梁、并考慮實體拱座的影響。本文結論可為同類型橋梁建模處理提供參考，具有一定的指導意義。

[1] 陳寶春．鋼管混凝土拱橋[M]. 2版. 人民交通出版社，2007.

[2] E.C.漢勃利．橋梁上部構造性能[M]．人民交通出版社，1982．

[3] 劉國光， 劉群， 潘哲， 等. 下承式剛性系桿拱橋拱座結點受力特點分析[J]．科學技術與工程，2013(4)：3327-3330.

[4] 沈超明，杭振園，李年維．力傳感器修正頻率法在吊桿張力測試中的應用[J]．鐵道建筑，2012(4)：40-43．

[5] 毛亞娜， 劉世忠， 葉丹．基于頻率法對系桿拱橋吊桿索力測試的分析[J]．蘭州交通大學學報，2010(2)：124-128．

信息化是企業提質增效的根本途徑

建筑企業信息化是供給側結構性改革的題中之義，是企業提質增效的根本途徑。

供給側結構性改革是黨中央、國務院在針對我國當前經濟運行的主要矛盾和主要問題提出的戰略性舉措，“三去一降一補”是供給側結構性改革的主要任務，而供給側改革的本質則是通過供給系統全面素生產效率和生產品質的提升，實現供求關系的改善與供需平衡。建筑行業屬于完全競爭性領域，建筑企業作為市場競爭主體，必須造應市場變化，把“強管理、提品質、降成本、優服務、樹品牌”作為生死攸光的戰略任務，眼睛向內，苦練內功，大力提高管理效率，提高企業勞動生產率。

信息互聯技術的實際應用，是將人們大量的、煩瑣的、繁重的日常事務性工作任務交給計算機、移動端和互聯網去完成，從而大量地節約人工成本，提高工作品質和產品品質。企業管理信息化是落實供給側結構性改革任務的提中之義，是建筑企業提質增效的必由之路。

摘自《建筑時報》

付飛(1983～)，女，碩士，工程師，從事橋梁設計工作。

TU323

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[定稿日期]2017-03-16