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)濟帶的重要通道，位于貴州省興義市頂效開發(fā)區(qū)內(nèi)，跨越著名國家4A 級風(fēng)景區(qū)--馬嶺河大峽谷。大橋左幅全長1386m，右幅全長1367.5m，跨徑布置為（7×50+155+360+155+40+6×50）m，主橋為155+360+155m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔斜拉橋，8號高塔處采用全漂浮體系，9號矮塔處采用塔梁固結(jié)體系。全橋通過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)造為承臺樁基礎(chǔ)、重力式橋臺、空心薄壁墩或?qū)嶓w墩，主塔高度197.075m。
1.2調(diào)索原因
2013年對馬嶺河特大橋進行了特殊檢測，檢測內(nèi)容包括主梁線形、主塔偏位測量和索力測試。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 號主塔的實測偏移方向與理論偏移方向相反；主梁線形：主梁線形平順，主跨跨中實測下?lián)蠟?4mm；索力：與設(shè)計成橋索力相比，共有48 根索力誤差超過10%，誤差介于-13.17%～17.07%之間，索力差值介于-641.796kN～842.189 kN 之間。由檢測結(jié)果可知，馬嶺河特大橋在成橋5年后索力與設(shè)計成橋索力偏差較大，因此有必要對斜拉索進行調(diào)索。
2 調(diào)索方法
調(diào)索計算采用影響矩陣法，根據(jù)本橋?qū)嶋H情況，我們以設(shè)計成橋狀態(tài)為調(diào)索目標狀態(tài)。以成橋索力和主梁應(yīng)力為主要調(diào)整目標，同時兼顧主梁線形和塔頂偏位。利用影響矩陣原理，通過模型調(diào)索工具和手調(diào)相結(jié)合的方法，對本橋進行調(diào)索計算。根據(jù)線性疊加原理計算公式可以表示為
其中： 為影響矩陣； 為施調(diào)向量，指的結(jié)構(gòu)中指定可實施調(diào)整以改變受調(diào)向量的若干個獨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)心的若干個獨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 ，目標成橋索力為 ，下標“ ”代表拉索數(shù)目，比前面施調(diào)向量的元素少1，上標“ ”代表初始索力，“ ”代表目標成橋索力；設(shè)在調(diào)索時需要將1、2、3、4等點的撓度 以及體系控制截面關(guān)鍵內(nèi)力效應(yīng)（如主梁應(yīng)力） 作為目標控制量，施調(diào)向量 和影響矩陣 分別如下：
3、計算模型與調(diào)索方案
3.1 計算模型
根據(jù)設(shè)計圖紙，采MIDAS/Civil2010 結(jié)構(gòu)分析軟件進行算。在施工監(jiān)控計算模型的基礎(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營各3年工況。全橋共離散成693 個單元，884 個節(jié)點。主梁和主塔都采用梁單元，斜拉索采用桁架只受拉單元。全橋計算模型見圖2。
3.2 調(diào)索方案
調(diào)索順序按照由下到上、先8 號墩后9 號墩的施工順序，最終得到需要進行調(diào)整的拉索共計48 根，調(diào)整量介-100kN～450kN 之間，具體調(diào)整索號見圖3及其對應(yīng)調(diào)整索力見表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 號墩主塔向邊跨偏移了0.017m，9 號墩主塔向邊跨偏移了0.008m，兩個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10%的只有7 根索。這7 根索主要分布在8 號墩塔梁交匯處附近，由于本橋結(jié)構(gòu)不對稱（半漂浮體系：8 號墩漂浮9 號墩塔梁固結(jié)）且8 號墩有兩根0 號索，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誤差就會較大。但從效果來看：原來50 根誤差超過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
通過影響矩陣來調(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，使得實測與理論計算趨同，達到調(diào)索目標。
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