一种确定自锚式悬索桥施工张拉力新方法.docVIP

一种确定自锚式悬索桥施工张拉力的新方法 　　摘要：自锚式悬索桥施工过程当中，控制吊杆施工张拉力，使桥梁在施工完毕后达到理想的设计状态，这是个非常重要的问题。本文结合自锚式悬索桥施工过程中的力学特性，提出了基于几何线性、几何非线性的影响矩阵法确定自锚式悬索桥的施工张拉力。该方法计算简单，所得结果符合要求。 　　关键词：自锚式悬索桥；影响矩阵；吊杆张拉力 　　1、前言 　　自锚式悬索桥由于其独特的造型、较灵活的适应性和经济性而受到越来越广泛的应用。自锚式悬索桥与地锚式悬索桥在受力体系和施工方法上有很大的差异：主缆的水平分力使自锚式悬索桥加劲梁承受巨大的压力而成为压弯构件；自锚式悬索桥必须先施工主梁，然后施工主缆。因此，对自锚式悬索桥的设计与施工状态进行研究十分必要。在吊杆张拉过程中，需要对吊杆索力进行精确计算，避免加劲梁出现纵向拉应力过大而引起裂缝。因此，自锚式悬索桥的施工过程中，关键在于吊杆索力内力控制[1]。 　　 　　2、自锚式悬索桥施工控制的力学特性 　　2.1吊杆张拉对主缆位移的影响 　　自锚式悬索桥在张拉吊杆的过程中，主缆的位移具有如下规律：当所有的吊杆直接锚固或通过接长锚固在加劲梁上以后，主缆位移的弱相干性表明：在张拉吊杆的过程中，自锚式悬索桥位于张拉点的主缆发生较大位移，其位移量可人为控制，而其他点的主缆基本上不发生位移，于是大部分的张拉均可以采用位移控制的方法来进行[2]。 　　 　　 　　 　　 图2-1张拉点主缆示意图 　　 　　如图2-1所示， 点为张拉点， 为吊杆张拉力增量， 为张拉点主缆位移增量。考虑到结构的对称性，每次张拉位于主缆对称位置的两组吊杆，则张拉两组吊杆所作的功为： 　　（2-1） 　　由张拉吊杆所引起主缆的弹性应变能增量为： 　　（2-2） 　　式中： 和 ――分别表示各段主缆的长度值和轴力增量； 　　 和 ――分别是主缆的弹性模量和横截面积。 　　根据能量的转化与守恒定律，张拉吊杆所作的功将引起主缆、加劲梁、吊杆、塔、墩等应变能的增加，其中一部分转化为主缆的应变能，其转化率 随???悬索桥的尺寸和刚度的不同而有所变化。根据已有文献查阅得出，其转化率一般在 之间。 　　将式（2-2）的分子和分母乘以 得： 　　 （2-3） 　　假定主缆为柔性索，则主缆各节段的水平分力 相等，并且 总是成立的，又有 ，其中 是吊杆间距。这样式（2-3）可变为： 　　（2-4） 　　由式（2-2）、式（2-4）得到吊杆力增量 所引起主缆的水平分力增量 为： 　　 （2-5） 　　任意吊杆的力增量可表示为： 　　（2-6） 　　 、 分别为吊杆两侧的主缆水平角，见图2－1。 　　 为主缆与水平线的夹角。 　　为了证明张拉吊杆对张拉点以外的主缆的位移影响很小，可采用如下方法。假设张拉点以外某点主缆位移较大，设影响最大点位移为 。假设加劲梁没有发生竖向位移，则张拉点以外的所有吊杆锚头位移为0，于是由吊杆的伸长引起吊杆力的增量为： 　　 （2-7） 　　式中： 和 ――表示吊杆的弹性模量和截面积 　　――表示吊杆的长度 　　某自锚式悬索桥，吊索间距为6m，主缆截面积为 ，吊索截面积 ，弹性模量 ，假设吊杆张拉力功的转化率为 ，张拉的吊杆力为 ，张拉点主缆竖向位移 ， ，与之相邻的吊杆长度 ，且 。由上述公式（2-5）与（2-6）得到 ，由公式（2-7）得到 ，说明式（2-7）求出的吊杆力过大，也就是所假定的 取值太大，实际值应该更小。当取 时，由式（2-7）得出 ，接近式（2-6）的结果。上述结果证明了主缆位移的弱相干性原理是正确的。 　　自锚式悬索桥施工中张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响很小，可以忽略，因此在前期张拉吊杆时，可以用位移来控制。 　　 　　 　　2.2 吊杆张拉对其它吊杆内力的影响 　　自锚式悬索桥在张拉吊杆的过程中，后张拉的吊杆对已经张拉的吊杆力有影响，这种影响具有如下规律： 　　张拉点吊杆对相邻吊杆的影响较大，而对相邻吊杆以外的吊杆力的影响很小，这个规律被称作吊杆力的相邻影响原理。 　　设 点为张拉点，根据式（2-6）得到该点吊杆力增量与角度的关系式： 　　 （2-8） 　　其相邻吊杆力增量为： 　　 （2-9） 　　 （2-10） 　　由几何关系得： （2-11） 　　 （2-12） 　　根据上文所述的主缆位移的弱相干性原理，张拉点 的位移较大，而其它点的位移很小，于是得出 和 的变化较大，而 和 的变化很小，将式（2-11）、式（2-12）代入式（2-9）、式（2-10）可以得出，由于 和 的变化较大，导致 和 的变化较大。同样的公式应用到 的相邻吊杆以外的情况，得到吊杆力变化很小的结论。