市政大跨径拱桥系杆张拉优化方法分析

为有效解决系杆拱桥施工过程中存在的拱座横向推力及弯矩过大问题,防止结构产生倾覆风险,保证桥梁建设顺利完成,依托某市政项目大跨径飞燕式系杆拱桥施工实践,针对系杆拱桥张拉施工方案设计,提出了基于影响矩阵的系杆张拉优化方案。方案优化后,桥梁整体线形基本未出现改变,其拱座横向推力、弯矩均出现明显下降,最大横向推力、弯矩分别减小至原来的33%和43%;并有效降低了边拱外包混凝土应力作用,避免产生结构破坏,保证桥梁结构安全。

特大跨径拱桥系杆张拉优化方法研究

为了解决特大跨径拱桥系杆张拉合理方案难以确定的问题,提出了一种基于影响矩阵法的系杆张拉优化方法。该方法基于施工阶段系杆张力对结构内力、应力、反力等的影响矩阵,建立了施工阶段系杆张力与结构总响应的计算关系,给出了系杆张力在各类型响应约束条件下的可行域计算方法,以此求解出系杆张力在任意施工阶段约束条件下的可行域,解决了复杂施工阶段的系杆拱桥分阶段成形最优张拉计算问题。在跨径为507 m的目前世界最大跨飞燕式钢管混凝土拱桥(合江长江公路大桥)中完整地应用了系杆张拉优化方法。结果表明:经过所提出的系杆张拉优化方法优化系杆张拉方案后,仅增加了系杆张拉的次数和张拉力的大小,实现了优化后的成桥状态结构内力和线形与原方案基本保持一致;施工全过程中,拱座的弯矩峰值和水平力峰值分别下降为原设计方案的43%和33%,避免了施工过程中由于拱脚两侧系杆张拉的不合理性引起的基础失稳倾覆以及地基受到的较大水平推力,有效控制了边拱外包混凝土的拉应力,确保了系杆张拉施工全过程结构的安全性。因此,采用基于影响矩阵的系杆张拉优化方法能优化计算出特大跨径系杆拱桥的系杆张拉合理方案,大幅提升了该类型桥梁施工过程中结构的受力合理性。