金婺大桥换索方案研究钢结构2.docVIP

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金婺大桥换索方案研究 周立 (中铁上海设计院集团有限公司,上海 200070) 摘 要 本文主要以金婺大桥边跨4#索换索方案为工程背景,把理论计算与实测相结合,来研究单侧卸索(加支撑)、单侧卸索(不加支撑)、双侧卸索(加支撑)和双侧卸索(不加支撑)等卸索方案对斜拉索索力以及主梁和桥塔的弯矩、位移和应力的影响。分析表明单侧卸索大大增加了桥塔的弯矩,不加支撑大大增大了主梁的弯矩。建议采用在边跨主梁和中跨主梁与4#索对应的横隔梁下加竖向支撑的双侧全松+全紧的换索方案。 关键词 金婺大桥 换索方案 索力 有限元 中图号:U443 文献标志码:A 1 引言 在过去的40多年内,全世界修建了300余座大跨径斜拉桥。但由于种种原因,一些斜拉桥的拉索钢丝发生了锈蚀断裂。势必引起拉索索力的重新调整及斜拉桥主梁的线形变化,使斜拉桥结构破坏非常严重,以至于不得不更换拉索。拉索换索后又必须对全桥进行调索,使得桥梁结构重新恢复到最有利的受力状态[1]。 金婺大桥(图1)于1997年12月建成通车,为塔、梁、墩固结的独塔单索面预应力混凝土斜拉桥,跨径布置为100m+125m+35m 260m;主梁采用单箱三室箱型截面形式,全宽为24.7m,梁高2.2m;塔高64.0m;拉索为9对平行索,每束索由109根钢绞线组成。桥梁设计荷载:汽—20级,挂—100,人群荷载为3.5 KN/m2。但由于在整修过程中电焊工人不慎将4#索引着失火,用水灭火后索脆性增加,存在安全隐患,因此决定进行换索。 图1有限元计算模型,主梁、桥塔、桥墩离散为空间梁单元,斜拉索采用空间单元模拟。有限元计算模型的总体坐标系以顺桥向为X轴,以横桥向为轴,以竖向为轴。桥有限元计算模型如图所示。 图 空间有限元计算模型 10.4MPa,但在允许值之内。 分析表明,主梁下缘拉应力在第3施工阶段达到最大,在28号单元左侧为最大,达到2.43MPa,且28~32单元上施工阶段中下缘拉应力都较大,但由于此处主梁为实心,应力幅值将削弱,其余拉应力较大处更多是在不加支撑卸索工况发生的;主梁下缘压应力在满布人群下达到最大,在29号单元左侧(即3#墩台墩顶)为最大,达到21.3MPa,且28~32单元和63~65单元下缘都出现较大压应力都较大,但由于此处主梁为实心,应力幅值将削弱。 3换索方案研究 该桥自1997年12月建成运营至今,分别在2000年、2005年进行过两次换、调索,通过对金婺大桥结构体系再现,计算得到的金婺大桥1997年成桥状态索力, 2000年换索后索力、2006年换索后索力,以及2008年成桥状态索力如表2所示。 表 8859.5 8880.7 8875.3 中1# 8986.0 8875.8 8949.2 8944.5 边2# 8584.0 8586.0 8362.3 8368.4 中2# 8710.3 8728.3 8492.2 8500.7 边3# 8327.7 8358.6 8069.8 8079.1 中3# 8545.1 8629.2 8270.5 8283.4 边4# 8485.8 8488.1 8210.0 8216.7 中4# 8741.2 8826.0 8428.6 8439.1 边5# 8474.2 8691.2 8787.0 8788.2 中5# 8616.0 8692.4 8846.3 8850.7 边6# 8705.4 8656.7 8692.1 8686.7 中6# 8736.4 8710.4 8792.2 8789.3 边7# 8642.5 8487.9 8466.7 8454.5 中7# 8672.4 8586.4 8595.8 8584.9 边8# 8481.0 8283.5 8210.3 8191.4 中8# 8464.1 8291.5 8230.3 8211.0 边9# 7787.0 7555.7 7436.6 7411.3 中9# 7643.5 7380.1 7251.1 7222.9 这里我们对单侧卸索(加支撑)、单侧卸索(不加支撑)、双侧卸索(加支撑)和双侧卸索(不加支撑)等卸索方案进行了比较[4-8]。 3.1 不同卸索方案索力的对比 单侧卸索,不加支撑 由表3可见,采用单侧换索不加支撑的索力情况如下表所示。可见单侧卸索后其对应索索力仍很大,造成很大的不平衡力。这对塔是很不安全的,所以此方案不能采用。 表 9690.843 9640.107 10056.15 9594.395 9036.508 8500.786 7497.803 中索 8922.464

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