单塔单跨悬索桥的施工监控计算

范晓杰

1.前言

悬索桥作为一种古老的桥型在现代得到的快速的发展，其构造简单、受力明确、跨径越大材料耗费越少的优势也愈加明显。其受力特点是在成桥状态下主塔和主缆承受结构自重并将荷载传递给锚碇和基础。主缆是悬索桥的主要承重构件，是几何可变体，不仅可以通过自身的弹性变形，还可以通过几何形状的改变来影响整个体系的平衡，表现出大位移非线性的特性，除此之外，主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构提供强大的“重力刚度”使得结构的跨径得以不断的扩大。故在施工监控中主缆的线形控制是施工的重点，若主缆的标高、无应力长度控制存在误差将导致体系的受力不平衡，甚至会引起主缆与锚碇的连接不到位、加劲梁无法拼装等严重后果。事实上，在悬索桥的施工控制分析计算中怎样达到设计所要求的主缆线形坐标已经成为一项重要工作。本文将通过一座主缆具有横向变位的独塔非对称悬索桥的施工监控计算来分析如何达到设计要求的主缆线形坐标。

2.工程背景

通麦大桥是川藏公路西藏林芝境通麦至105道班段的一座大型桥梁，采用主跨为256m的单塔单跨悬索桥结构，两岸锚碇均采用重力式地锚。主梁形式为焊接工字钢的华伦式桁架结构，钢板采用Q345qC，索塔及预制桥面板、现浇层采用C50混凝土。桥面宽度13.4m。主塔处塔梁间采用纵向漂浮体系，加劲梁与塔之间设置竖向支座，纵向滑动；设置纵向阻尼器，限制地震作用下位移；设置横向抗风支座，限制加劲梁的横向位移。

利用有限元建模，确定设计所要求的成桥状态、空缆状态主缆线形，再通过悬索桥的倒装分析得出每个施工阶段的主缆标高，从而完成对主缆的施工监控。

3主缆的线形控制

悬索结构在没有施加预张力以前没有刚度，其形状不确定，必须通过施加适当的预张力赋予一定的形状，才能使其成为能承受外荷载的结构。在给定的边界条件下，所施加的预张力系统的分布和大小（这是一套自平衡的内应力系统）同所形成的结构初始形状之间是相互联系的。如何最合理的确定这一初始形状和相应的自平衡预张力系统，就是张力结构的“找形”或更确切地称为“初始平衡状态的确定”或“初始平衡状态分析”。这是索结构等张力结构设计中的一个关键问题。。

由于初始平衡状态分析的基本假定，会导致主缆成桥状态线形存在误差，所以必须经过精确平衡状态分析才能得出符合设计要求的主缆成桥状态线形。

4计算结果

4.1模型的建立与计算

全桥结构平面分析采用midascivil有限元程序计算。在确定结构成桥状态后，再进行施工阶段的倒装分析。

通过悬索桥初始平衡状态理论和初次精确平衡状态分析得出成桥状态主缆坐标值，其横向坐标、竖向坐标与设计值比较均存在差异，由于在施工监控的过程中主缆节点的竖向坐标变化对结构的影响较大，故着重考虑主缆竖向坐标的误差：主缆成桥阶段竖向坐标与设计值比较最大差值为12cm，误差较大。

4.2对分法调整主缆线形

由于初次精确平衡状态分析得出的主缆线形无法满足设计要求，故将计算出的主缆线形坐标调整后作为初始平衡状态分析的结果再次进行精确平衡状态分析，如此循环，直到满足要求为止。采用对分法调整主缆线形，流程图如下

A：主缆初始状态竖向坐标值B：主缆精确平衡状态竖向坐标值C：主缆成桥状态竖向设计值D：主缆坐标B所对应的空间坐标

由计算结果可知通过六次迭代计算后，主缆成桥状态坐标满足设计要求。

4.3悬索桥的倒装分析

以第六次精确平衡状态分析得出的主缆线形坐标为基础进行悬索桥的倒装分析，得出了主缆空缆状态的线形。由主缆空缆状态的竖向坐标与设计值比较可知主缆空缆状态竖向坐标与设计值的最大误差小于0.04m，满足施工监控模型计算精度的要求。

5结论

本文采用对分法来调整主缆的线形，确定了满足设计要求的主缆成桥状态线形。同时通过悬索桥倒装分析得到主缆空缆状态线形，与设计线形相比，误差属于施工监控模型计算容许误差范围之内。此方法用于悬索桥的施工监控计算具有精度高、计算简便等优点，也可用于斜吊索悬索桥的主缆线形计算，为相关设计、施工单位提供参考。