大跨度鋼箱拱橋常采用纜索吊裝工藝，施工安裝節(jié)段多，只有進(jìn)行詳細(xì)的施工過(guò)程仿真分析，才能使結(jié)構(gòu)線(xiàn)形和受力狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。文章闡述了鋼箱拱橋吊裝施工過(guò)程變形調(diào)整方法、扣索力確定原則以及施工中的注意事項(xiàng)，并以梧州市西江四橋?yàn)槔?，采用有限元分析軟件Midas Civil進(jìn)行施工過(guò)程模擬分析，利用未知荷載系數(shù)法進(jìn)行索力的優(yōu)化調(diào)整，所得結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致。該方法可以得到令人較為滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)線(xiàn)形，可廣泛應(yīng)用于類(lèi)似工程。

　　有限元;鋼箱拱;纜索吊裝;未知荷載系數(shù)法;扣索索力

　　0 引言

　　大跨度鋼箱拱橋拱肋施工常采用纜索吊裝工藝，不同于鋼管混凝土拱橋，在施工階段拱肋拱腳固結(jié)，拱肋剛度較大，后期通過(guò)扣索力調(diào)整拱肋標(biāo)高難度較大。同時(shí)，拱肋劃分節(jié)段較多，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，后期張拉索力又會(huì)引起前面已安裝階段的索力變化，整個(gè)施工過(guò)程對(duì)扣索張拉力控制及線(xiàn)形控制具有較高要求。目前常采用的零彎矩法與零位移法要求整個(gè)施工過(guò)程拱肋均處于設(shè)計(jì)線(xiàn)形位置，優(yōu)點(diǎn)在于合龍過(guò)程中不需要調(diào)整;缺點(diǎn)在于整個(gè)施工過(guò)程中需要不斷放松和張拉扣索力，施工過(guò)程具有一定風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)索較為復(fù)雜繁瑣，工期較長(zhǎng)。本文以梧州市西江四橋主拱肋纜索吊裝為例，采用未知荷載系數(shù)法，施工過(guò)程中考慮后續(xù)階段對(duì)前面階段索力和線(xiàn)形的影響，扣索一次張拉到位，線(xiàn)形控制良好，同時(shí)有效縮短了工期。

　　1 纜索吊裝過(guò)程中未知荷載系數(shù)法應(yīng)用

　　1.1 確定扣索索力的原則

　　(1)纜索吊裝過(guò)程中采用的扣索應(yīng)力應(yīng)小于容許應(yīng)力，并考慮一定的安全系數(shù)。施工過(guò)程中常采用鋼絞線(xiàn)作為扣索，扣索容許的最大應(yīng)力為破斷力的50%，即須考慮2.0的安全系數(shù)。

　　(2)扣索索力最大值的選取。整個(gè)施工過(guò)程中扣索力一直處于變化過(guò)程中，在進(jìn)行所有吊裝施工節(jié)段分析后，確定每段扣索的最不利索力，依次進(jìn)行配索。

　　(3)扣索索力在整個(gè)施工過(guò)程中不應(yīng)有較大的變化，以免引起扣索幾何非線(xiàn)性影響的增加。

　　(4)扣索索力的整個(gè)過(guò)程控制，應(yīng)使拆除扣索后，拱肋線(xiàn)形與一次落架成拱線(xiàn)形接近。

　　1.2 鋼箱拱橋切線(xiàn)拼裝偏差分析

　　拱肋標(biāo)高的調(diào)整包含兩個(gè)部分：(1)施加扣索力來(lái)調(diào)整標(biāo)高;(2)施工過(guò)程中適當(dāng)調(diào)整切線(xiàn)拼裝角來(lái)調(diào)整標(biāo)高。施工過(guò)程中，在滿(mǎn)足焊接工藝的條件下，可以通過(guò)調(diào)整拱肋節(jié)段的切線(xiàn)拼裝角，實(shí)現(xiàn)拱肋無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的線(xiàn)形調(diào)整。但其調(diào)整量不應(yīng)太大，否則會(huì)造成拱肋節(jié)段間焊接困難。構(gòu)件切線(xiàn)拼裝偏差分析見(jiàn)圖1。

　　由圖1中幾何關(guān)系可知：

　　Hθ=b(1)

　　由于切線(xiàn)拼裝偏差引起的高程抬高量為：

　　Δh=L(sin(β+θ)-sinβ)(2)

　　式中：H——截面高度(m);

　　b——由于切線(xiàn)拼裝偏差引起的缺口大小(m);

　　L——節(jié)段弦長(zhǎng)(m);

　　β——節(jié)段切線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角(rad);

　　θ——安裝切線(xiàn)偏差角(rad)。

　　1.3 整個(gè)施工過(guò)程中應(yīng)注意的其他問(wèn)題

　　(1)溫度影響。鋼結(jié)構(gòu)對(duì)溫度影響比較敏感，整個(gè)施工過(guò)程要做好溫度監(jiān)測(cè)，并做好溫度影響下的結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。

　　(2)扣塔偏位影響?？鬯粚?duì)拱肋的標(biāo)高有較大影響，施工過(guò)程中要保證扣塔水平偏位在允許范圍內(nèi)，一般為10 mm。

　　(3)張拉扣索時(shí)間問(wèn)題。拱肋安裝一般分為吊裝定位、碼板焊接、拱肋焊接、張拉扣索(同步減少纜索吊裝索力)等步驟，施工過(guò)程應(yīng)避免將拱肋焊接與扣索張拉同步進(jìn)行，以免引起焊縫開(kāi)裂，影響結(jié)構(gòu)安全。

　　1.4 未知荷載系數(shù)法介紹

　　未知荷載系數(shù)法，是指結(jié)構(gòu)在線(xiàn)彈性條件下，對(duì)要求的未知量給一組任意初始值(一般為1)，然后給定結(jié)構(gòu)的約束條件，可為內(nèi)力、變形等，經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算得到滿(mǎn)足約束條件的最優(yōu)解。一般用未知荷載系數(shù)法求解纜索吊裝索力的方程如下：

　　LV≤δ11T1+δ21T2+δ31T3+δ41T4+δ51T5+δ61T6≤UV

　　LV≤δ22T2+δ32T3+δ42T4+δ52T5+δ62T6≤UV

　　LV≤δ33T3+δ43T4+δ53T5+δ63T6≤UV

　　LV≤δ44T4+δ54T5+δ64T6≤UV

　　LV≤δ55T5+δ66T6≤UV

　　LV≤δ66T6≤UV(3)

　　式中：δij——為索力Ti作用引起的節(jié)點(diǎn)j的豎向位移(mm);

　　UV——約束條件的上限;

　　LV——約束條件的下限。

　　由于上式為不等式解，會(huì)存在多組解，一般采用最小二乘法得到優(yōu)化索力解。

　　1.5 扣索索力求解流程(圖2)

　　2 工程實(shí)例

　　2.1 橋梁概況

　　梧州市西江四橋主橋?yàn)殇撓湎禇U拱橋，由300 m中跨和兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的129 m邊跨組成。主橋全長(zhǎng)為558 m。拱肋橋面以下采用變截面混凝土結(jié)構(gòu)，橋面以上均采用變高鋼箱截面。其中主跨和邊跨均采用纜索吊裝施工，主跨分15節(jié)段吊裝施工。主跨纜索吊裝施工工序如下：纜索起重機(jī)安裝、兩岸第1段拱肋吊裝→安裝扣索→接頭焊縫→拱肋標(biāo)高調(diào)整→兩岸第2段拱肋吊裝→碼板臨時(shí)連接→安裝扣索→接頭焊縫→第二段拱肋標(biāo)高調(diào)整→直至兩岸第15段安裝完畢→合龍段安裝。

　　2.2 有限元模型分析

　　采用Midas Civil軟件建立結(jié)構(gòu)有限元模型，拱肋、塔架等采用梁?jiǎn)卧M，拉索、系桿、吊桿等采用桁架單元模擬，邊界條件根據(jù)實(shí)際情況模擬(見(jiàn)圖3)。