面向無應力狀態法的斜拉橋大范圍調索技術

肖 鵬，陳潮雨

(貴州省交通規劃勘察設計研究總院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

在斜拉橋施工中，大范圍調索是一道重要工序，但采用傳統方法進行計算和調索時，會受到很多外界因素的影響與限制，到最后可能無法實現大范圍調索。而無應力狀態方法的出現和使用，能有效解決這一實際問題。

1 工程概況

某橋梁工程所在道路是市區路網規劃重要干道，該橋梁是斜拉橋，單塔雙索面，跨徑組合為39.9 m+89.1 m+151 m，主塔采用H型整體結構，主梁以澆筑順序為依據分成五個節段，每段的長度不同，其中，第一段長度為104.2 m，第二段長度為44.8 m，第三段長度為54.6 m，第四段長度為32.0 m，最后一段長度為4.2 m。主塔對稱設置了18對索，將其記作Z1-Z18與Y1-Y18。斜拉索索距確定為7.8 m，而邊跨伴隨節段長度改變而變化，索距主要有三種，分別為7.8 m、7.3 m與4.25 m。借助軟件建立橋梁的有限元模型，對于塔、梁結構采用梁單元進行模擬，而對于索單元采用懸鏈線索單元進行模擬。同時參考影響矩陣原理，對成橋狀態達到合理時的拉索索力進行確定，最后對無應力索力進行計算。

2 以無應力狀態為基礎的大范圍調索

根據該橋梁工程的施工流程，將斜拉索設置并初張拉好以后，從1#索開始按照從內到外的順序實施張拉。該橋梁的斜拉索數量很多，所以只將第15到最后一個索為例，采用無應力狀態的方法進行調索，并和傳統的方法進行對比，以驗證無應力狀態方法的合理性、可行性及優越性。

將第15斜拉索在到位張拉之前所處的實際狀態作為狀態一，而最后斜拉索在到位張拉之前所處的實際狀態作為狀態二。其中，狀態一對應的斜拉索參數包括：第15斜拉索的索力和索長分別為2 072.66 KN、1 965.18 KN和125.379 8 m、133.388 9 m；第16斜拉索的索力和索長分別為2 100.21 KN、2 042.65 KN和129.9380 m、141.117 5 m；第17斜拉索的索力和索長分別為2 109.17 KN、2 132.13 KN和134.403 6 m、148.899 7 m；最后斜拉索的索力和索長分別為2 226.94 KN、2 189.72 KN和138.841 9 m、156.624 5 m。狀態二對應的斜拉索參數包括：第15斜拉索的索力和索長分別為6 012.49 KN、5 732.15 KN和125.167 2 m、133.137 2 m；第16斜拉索的索力和索長分別為6 152.89 KN、5 956.35 KN和129.711 5 m、140.840 9 m；第17斜拉索的索力和索長分別為6 167.13 KN、6 246.95 KN和134.169 0 m、148.592 9 m；最后斜拉索的索力和索長分別為6 478.85 KN、6 397.96 KN和138.588 0 m、156.341 0 m。

采用無應力狀態的方法，僅需要按照經計算確定的斜拉索在沒有應力的狀態下的索長變化值實施張拉及放松就可以，張拉過程不會受到工序、荷載、溫度等因素的影響。其中，第15斜拉索的索力和無應力狀態下的索長增加量分別為3 939.83 KN、3 766.97 KN與212.51 mm、251.66 mm；第16斜拉索的索力和無應力狀態下的索長增加量分別為4 052.68 KN、3 913.71 KN與226.54 mm、276.59 mm；第17斜拉索的索力和無應力狀態下的索長增加量分別為4 057.96 KN、4 114.82 KN與212.51 mm、251.66 mm；最后斜拉索的索力和無應力狀態下的索長增加量分別為4 251.91 KN、4 208.24 KN與253.94 mm、283.53 mm。如果采用傳統方法通過對索力的控制實現斜拉索調整，則要經過四個階段才可以完成到位張拉，同時對斜拉索進行張拉時還要充分考慮包含工序、荷載與溫度等在內的多種因素，如果其中一種因素產生變化，都要重新對索力進行計算。基于傳統方法的狀態轉變工序為：首先，對15#兩條對稱的斜拉索進行同時張拉，其它斜拉索均不主動張拉；然后，對16#兩條對稱的斜拉索進行同時張拉，其它斜拉索均不主動張拉；之后，對17#兩條對稱的斜拉索進行同時張拉，其它斜拉索均不主動張拉；最后，對最后兩條對稱的斜拉索進行同時張拉，其它斜拉索均不主動張拉。按照以上工序進行張拉實際上就是分階段成橋，采用迭代法能計算確定不同工序對應的索力和在無應力狀態下的索長。

在計算確定了不同工序對應的索力和在無應力狀態下的索長后，可以為斜拉索張拉提供指導，具體為：第一道工序：將15#兩條對稱的斜拉索同時張拉至6 805.49 KN和6 297.31 KN；第二道工序：將16#兩條對稱的斜拉索同時張拉至6 766.41 KN和6 418.55 KN；第三道工序：將17#兩條對稱的斜拉索同時張拉至6 591.85 KN和6 614.79 KN；第四道工序：將最后兩條對稱的斜拉索同時張拉至6 478.85 KN和6 397.96 KN。在實際施工過程中，荷載與溫度等和計算模擬結果不一致，導致張拉完成后斜拉索所處狀態和目標狀態有很大的偏差，無法進行大范圍調索，這是采用這一傳統方法時必須重視的問題。

為進一步闡述無應力狀態的方法的基本原理，可將第一道工序對應的索力與無應力狀態的索長和狀態一各項參數相減，以獲得參數的增量，記作增量一；然后將第二道工序對應的索力與無應力狀態的索長和第一道工序對應的索力與無應力狀態的索長相減，以獲得參數的增量，記作增量二；再將第三道工序對應的索力與無應力狀態的索長和第二道工序對應的索力與無應力狀態的索長相減，以獲得參數的增量，記作增量三；最后將第四道工序對應的索力與無應力狀態的索長和第三道工序對應的索力與無應力狀態的索長相減，以獲得參數的增量，記作增量四。

根據以上增量，對某一根斜拉索進行張拉時，除了它的索力會發生很大的變化，其它斜拉索的實際索力也會產生一定變化；但無應力狀態下的索力卻保持穩定，只在主動張拉后才會發生明顯的變化，同時，對斜拉索實施主動張拉后，無應力狀態下的索長變化和索力變化都是唯一對應。通過對比可知，無應力狀態下的索長改變量基本一致。基于此，當在大范圍調索過程中使用無應力狀態的方法時，主要無應力狀態下的索長和成橋時無應力狀態下的索長一致，就能使張拉以后的結構受力實際狀態達到目標，和張拉順序之間沒有任何關系，也不會受到荷載與溫度等因素的影響。

3 結束語

綜上所述，相較于傳統方法，采用無應力狀態的方法進行大范圍調索時，不會受到工序、荷載與溫度等因素的影響，無需以上參數發生改變后就重新計算索力，能有效簡化斜拉索的張拉與索力調整。