金婺大橋換索方案研究(鋼結(jié)構(gòu)2

1、金婺大橋換索方案研究周立（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海200070）摘 要 本文主要以金婺大橋邊跨4#索換索方案為呈背景，把理論計(jì)算與實(shí)測相結(jié)合，來研究單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（不加支撐）、雙 側(cè)卸索（加支撐）和雙側(cè)卸索（不加支撐）等卸索方案對斜拉索索力以及主梁和橋塔的彎矩、位移和應(yīng)力的影響。分析表明單側(cè)卸索大大增力口了橋塔 的彎矩，不加支撐大大增大了主梁的彎矩。建議釆用在邊跨主梁和中跨主梁與4#索對應(yīng)的橫隔梁下加豎向支撐的雙側(cè)全松4仝緊的換索方案。關(guān)鍵詞金婺大橋換索方案索力有限元中圖號(hào)：u443文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a1引言在過去的40多年內(nèi)，全世界修建了 300余座人跨徑斜拉橋。但由于種種原

2、因，一些斜拉橋的拉索鋼絲發(fā)生了銹蝕斷裂。勢 必引起拉索索力的巫新調(diào)整及斜扌立橋主梁的線形變化，使斜拉橋結(jié)構(gòu)破壞非常嚴(yán)重，以至于不得不更換拉索。拉索換索后乂必 須對全橋進(jìn)行-調(diào)索，使得橋梁結(jié)構(gòu)重新恢復(fù)到最有利的受力狀態(tài)o金婺人橋（圖1）于1997年12月建成通車，為塔、梁、墩固結(jié)的獨(dú)塔單索而預(yù)應(yīng)力混凝十斜拉橋，跨徑布置為 100m+125ni+35nf260m；主梁采用單箱三室箱型截而形式，全寬為24. 7m,梁高2.加；塔高64.0m；拉索為9對平行索，每束索 由109根鋼絞線綃成。橋梁設(shè)計(jì)荷載：汽一20級，掛一 100,人群荷載為3.5心/朮 但由于在整修h程中電焊工人不慎將4#索 引著失火

3、，用水滅火厲索脆性增加，存在安全隱患，因此決定進(jìn)彳了換索。圖1金婺大橋節(jié)段劃分圖96、97年施施時(shí)1#9#索張拉力控帝吻i表1所示。表1 96-97年施工1# 9#索張拉力控制索號(hào)起始張拉力設(shè)計(jì)控制 張拉力（kn）超張拉力實(shí)測總伸長值（mm）油壓(mpa)張拉力（kn）設(shè)計(jì)張拉力（kn）油壓(mpa)實(shí)際張拉力（kn）e949.557550.437600783351.47834.37315.8w948.507387.687600783351.47831.00323.3e845.56929.037900814553.48141.15286.0w845.56929.087900814553.581

4、52.01293.7e742.006392.017900815153.58156.49251.8w742.256432.267900815153.58152.01260.6e637.255663.217800805652.98064.43228.4w637.505706.147800805652.98060.29233.0e537.45686.227600786251.67864.97194.5w537.55706.147600786251.67861.57191.9e441.05603.847600787656.27871.74165.4w44335980.2876007876567875.

5、29164.6e340.55529.247400769355.07692.7127.4w337.75151.217400769354.97697.64121.6e236.04857.827800813858.08140.31101w237.85166.017800813857.98141.78103.8e140.95588.928600903064.09035.6375.3w141.75743.4086(x)903063.99030.0777.32有限元計(jì)算模型采用midas軟件對金婺人橋進(jìn)行再現(xiàn)，主梁、橋塔、橋墩離散為空間梁單元，紺立索采用空間索單元模擬。有限元計(jì)算模 型的總體朋標(biāo)系以順橋向

6、為x輸 以橫橋向?yàn)閥軸，以豎向?yàn)閦軸。兩端橋臺(tái)僅施加豎向和扭轉(zhuǎn)約束，兩個(gè)橋墩下部施加固端 約束，輔助墩墩頂和主梁耦合豎向荷扭轉(zhuǎn)位移峯金婺人橋有限元計(jì)算模型如圖2所示。圖2空間有限元計(jì)算模型建造過程經(jīng)歷多次體系轉(zhuǎn)換，施工過程直接影響橋梁內(nèi)鳥 由于施工順序?qū)π崩瓨虻膬?nèi)力影響很人，此橋系為ih橋，針對 換索工況的設(shè)訃，必須再現(xiàn)此橋建設(shè)時(shí)的施工順序及兩次換索過程。分析表明，整個(gè)計(jì)算過程中索為的對稱性比較好，5#索的索力最人達(dá)到10076kn,為計(jì)算屮所有拉索中最人索九9#索的 索力最小達(dá)到7644kn,為計(jì)算中所有拉索中最小索力。分析表明，主梁上緣拉應(yīng)力在滿布人群下達(dá)到最人，在64號(hào)單丁滋側(cè)（即3#墩

7、臺(tái)墩頂），達(dá)到2.28mp&,但市于此處主梁 為實(shí)心，應(yīng)力幅值將削弱，其余各單元上緣拉應(yīng)力均不超過0.6 mir主梁上緣壓應(yīng)力在第8施t階段達(dá)到最大，在29號(hào)單元 左側(cè)（即3#墩臺(tái)墩頂）為最人，達(dá)到10.4mpa,但在允許值z內(nèi)。分析表明，主梁下緣拉應(yīng)力在第3施工階段達(dá)s愎大，在28號(hào)單?詼側(cè)為最人，達(dá)到2.43min且2曠32單?g±施工階段 屮下緣拉應(yīng)力都較人，但由于此處主梁為實(shí)心，應(yīng)力幅值將削弱，其余拉應(yīng)力較人處更多是在不加支撐卸索工況發(fā)生的；上梁 下緣壓應(yīng)力在滿布人群下達(dá)最大，在29號(hào)單丁詵側(cè)（即3#墩臺(tái)墩頂）為最大，達(dá)su21.3mpa,且2832單丁閑6365單元

8、下 緣都出現(xiàn)較人壓應(yīng)力都較人，但辦丁此處主梁為實(shí)心，應(yīng)力幅值將削弱。3換索方案研究該橋口 1997年12月建成ig營至今，分別在2000年、2005年進(jìn)行過兩次換、調(diào)索，通過對金婺人橋結(jié)構(gòu)體系再現(xiàn)，計(jì)算 得到的金婺人橋1997年丿j戈橋狀態(tài)索力，2000年換索后索力、2006年換索后索力,以及2008年成橋狀態(tài)索力如表2所示。表2各次調(diào)索后索力對比（kn）索編號(hào)1997200020062008索編號(hào)1997200020062008邊1#8952.18859.58880.78875.3中1#8986.08875.88949.28944.5邊2#8584.08586.08362.38368.4中2

9、#8710.38728.38492.28500.7邊3#8327.78358.68069.88079.1中3#85458629.28270.58283.4邊4#8485.88488.18210.08216.7中4#8741.28826.08428.68439.1邊5#8474.28691.28787.08788.2中5#8616.08692.48846.38850.7邊6#8705.48656.786928686.7中6#8736.48710.48792.28789.3邊7#8642.58487.98466.78454.5中7#8672.48586.48595.88584.9邊8#8481.0

10、8283.58210.38191.4中8#8464.18291.58230.38211.0邊9#7787.07555.77436.67411.3中9#7643.57380.17251.17222.9這里我們對單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（不加支撐）、雙側(cè)卸索（加支撐）和雙側(cè)卸索（不加支撐）等卸索方案進(jìn)行了 t匕較汽3.1不同卸索方案索力的對比a）用側(cè)卸索，不加媾由表3可見，采用單側(cè)換索不加支撐的索力情況如下表所示。對見單側(cè)卸索后其對應(yīng)索索力仍很大，造成很人的不平衡 力。這對塔是很不安全的，所以此方案不能采表3單側(cè)卸索索力比較（kn）編號(hào)123456789邊索9819.5469690.84396

11、40.10710056.159594.3959036.5088500.7867497.803中索8922.4648442.1力8188.1628323.5748772.2658742.9238559.0748195.9617213.121差897.08171248.6661451.945-8323.571283.882851.4722477.4334304.8241284.6817b）單側(cè)卸索，加支撐由表4可見，采用單側(cè)卸索加支撐的索力怙況如下表所示?？梢妴蝹?cè)卸索厲其對應(yīng)索索力仍很人，造成很人的不平衡力。這對塔是很不安全的，所以此方案不能采用。表4單側(cè)卸索索力比較（kn）編號(hào)123456789

12、邊索9186.9128814.7638623.4299268.3059069.4278764.2458454.487646.638中索8670.2398094.614力86.8567920.2478428.3138467.97483421988020.0597061.607差516.67367201486836.5724-7920.25839.9919601.4529422.0477434.4211585.031c）雙側(cè)卸索，不加支撐采用雙側(cè)卸索不加支撐的索力情況如卜表5和圖3所示?？梢婋p側(cè)卸索其不平衡力較小，但由于未加支撐既有索索力明顯增加。表5雙側(cè)無支撐卸索索力比較（kn）索編號(hào)12345

13、6789邊索9779.4349608.3379518.4649962.6389543.6979017.2198502.6137514.054中索9857.1249752.9099736.8510031.319651.6199161.4818556.0177391.725差-77.69-144.572-218.387-68.6734-107.921-144.262-53.404122.3295圖3雙側(cè)無支撐卸索索力比較d）雙側(cè)卸索，加支撐。采用雙側(cè)卸索不加支撐的索力情況如下表6和圖4所示?？梢婋p側(cè)卸索其不平衡力較小，且辦丁支撐的作用索索力增幅較 小。表6雙側(cè)有支撐卸索索力比較（kn）索編號(hào)123

14、456789邊索8913.1028405.278117.0248818.3368710.7538475.0358210.2747429.604中索9000.6828564.3398353.8638907.7988833.4158620.3658241.6157251.565差-87.5794-159.069-236.8390-89.4626-122.662-145.33-31.3409178.0387圖4雙側(cè)加支撐卸索索力比較3.2不同卸索方案彎矩的比較為了對比不同卸索方案對主梁和橋塔響應(yīng)影響，我們將2008年未卸索前的狀態(tài)、雙側(cè)卸索（不加支撐）、雙側(cè)卸索（加 支撐）、單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)

15、卸索（不加支撐）五種狀態(tài)彎知進(jìn)行了對比分析。從橋塔的彎矩對比如圖5可以看出單側(cè)卸索人人增加了橋塔的彎矩，其余三種工況的彎矩還是比較接近的。從主梁彎 矩對比如圖6,可以看出不加支撐大人增人了主梁的彎矩。圖5橋塔彎矩對比圖6主梁彎矩對比3. 3不同卸索方案位移的比較為了對比不同卸索方案對主梁和橋塔響應(yīng)影響，我們將2008年未卸索前的狀態(tài)、雙側(cè)卸索（不加支撐）、雙側(cè)卸索（加 支撐）、單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（不加支撐）五種狀態(tài)位移進(jìn)行了對比分析。從橋塔的彎矩對比如圖7可以看出單側(cè)卸索人人增加了橋塔的位移，其余三種工況的彎矩還是比較接近的。從主梁彎 矩對比如圖8,可以看出不加支撐大人增人了主梁的位

16、移。圖7橋塔位移對比圖8主梁位移對比3.4不同卸索方案應(yīng)力的比較為了對比不同卸索方案對主梁和橋塔響應(yīng)影響，我們將2008年未卸索前的狀態(tài)、雙側(cè)卸索（不加支撐）、雙側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（不加支撐）五種狀態(tài)應(yīng)力進(jìn)行了對比分析。從橋塔的彎矩對比如圖9可以看出單側(cè)卸索大大增加了橋塔的應(yīng)力，其余三種工況的彎矩還是比較接近的。從主梁彎炬對比如圖10,可以看出不加支撐大大增大了主梁的應(yīng)力。圖9a橋塔上緣應(yīng)力對比圖9b橋塔下緣應(yīng)力對比圖10a主梁上緣應(yīng)力對比圖10b主梁下緣應(yīng)力對比4結(jié)論通過對建造過程和兩次換索過程的再現(xiàn)，以及對單側(cè)卸索（加支撐）、單側(cè)卸索（不加支撐）、雙側(cè)卸索（加支

17、撐）和雙側(cè) 卸索（不加支撐）等卸索方案的比較研究。建議采用在邊跨主梁和中跨主梁劇4#索對應(yīng)的橫隔梁下加豎向支撐的雙側(cè)全松+全 緊的換索方案。這主要是基于以下兒方面原因考慮：（1）金婺人橋的橋塔比較薄弱，不均勻索為需控制在50t,單側(cè)卸索將引起塔上較人的不均勻索力；（2）主梁為預(yù)應(yīng)力混凝上構(gòu)件，不宜在施t過程中引起較人的拉、壓應(yīng)力，如不加支撐將增加主梁的應(yīng)力幅；（3）木橋?yàn)樾滤髋f索混用，如不加支撐，將引起相鄰索索力明顯增加，町能會(huì)對相鄰索產(chǎn)牛較人影響，甚至?xí)璱起斷絲等 情況的發(fā)生；（4）木橋橋下凈空較低，使得主梁上加支撐比較容易施1,巾丁本橋已使用十余年，在外載和環(huán)境作用下其結(jié)構(gòu)體系會(huì)發(fā)牛變化

18、，這些是在理論汁算中不能完全模擬的，建議在換索 施丁屮張拉至錨頭人螺母稍有松動(dòng),汕表讀數(shù)即為實(shí)際索力，并進(jìn)行兩次松張對照，差別不人時(shí)方可進(jìn)行卸索,記下汕表讀數(shù)； 并與計(jì)算索力相對照，女11相差較人要具體研究解決。參考文獻(xiàn)1肖文，李古眩 斜拉橋拉索更換的實(shí)踐與研究.橋梁與結(jié)構(gòu)，2004, 112：20-21； 李國彖，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定仃振動(dòng)，中國鐵道出版社，992, 10 , 367-399 項(xiàng)海帆，刃熒森，高籌橋梁結(jié)構(gòu)理論，人民交通出版社，2002, 7, 282-315 4譚曉琦也怒江大橋換索1君實(shí)例分析.中外公路，2006, 26（4）： 130-133唐繼舜，彳鍛.斜拉橋換索施此齡技術(shù)探討.

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