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1、第20卷第6期水利水电科技进展2000年12月系杆拱桥吊杆初始张拉力的计算方法彭宣茂(河海大学土木工程学院,江苏南京210098)摘要:针对系杆拱桥施工中的吊杆初始张拉力问题提出一种新的简单实用方法.该法以每根吊杆应该施加的初始张拉力为基本未知值,根据吊杆的张拉顺序,采用结构变刚度有限元法求出单位力作用下的吊杆内力矩阵,建立典型方程.通过简单的回代方法求出每根吊杆的初始张拉力,从而使得最终吊杆的预张拉力达到规定的设计值.关键词:系杆拱桥;预应力;内力矩阵;回代中图分类号:TU32文献标识码:A文章编号:1006O764
2、7(2000)06O0032O02[1]系杆拱桥主要由拱肋、吊杆、系杆(纵梁)和桥行拼装,与系杆连成一体,再拼装拱顶风撑.这时系面系统等组成,根据拱肋与系杆的相对刚度的大小杆将受到拱肋自重产生的拉力.»安装并张拉吊杆,不同,通常分为柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱和使吊杆张紧以抵消系杆的部分自重.吊杆的张拉可刚性系杆刚性拱三种类型.其共同优点是拱推力由采取逐对、对称的张拉方式.¼拆除支承系杆的脚手系杆承担,结构外部静定,墩台不承受水平推力,故架.系杆与横梁的重量由拱桥整体负担.½系杆施加可以建造在松软的地基上.随着高强度
3、钢索的应用第二批预应力,使总预应力达到设计值.¾最后进行和预应力技术的发展,可以用钢索制造吊杆,而承受除横梁外桥面系统的施工.拉伸和弯曲变形的系杆则采用预应力混凝土梁,可为了获得最佳的设计方案和施工程序,可以对显著减轻结构自重,降低造价,并便于桥面系与系杆整个施工过程进行分解,就各种典型情况进行内力的连接.分析,然后将它们组合成各种可能的施工程序,最后系杆拱桥一般采用组件拼装和分期施加预应力选出一种最佳的方案.在各种内力分析中,张拉吊杆的施工方案,如何控制和调整吊杆的初始张拉力,从的内力计算是最复杂和困难的.而保证吊杆
4、的的受力状态达到最终设计值,这是吊2吊杆预张拉力的计算方法杆设计和施工中碰到的一个重要而复杂的问题.因此,建立合适的力学模型,探讨实用可行的计算分析为了绷紧吊杆钢丝索,并使它们在拆除脚手架方法具有重要的理论和应用价值.本文针对系杆拱前承受一定的预张拉力以抵消系杆的部分重量,需桥施工中的吊杆预张拉力问题提出了一种新的简单对吊杆进行张拉.这种张拉通常按序(从拱顶向拱端实用计算方法.该法根据吊杆的张拉顺序,采用结构或从拱端向拱顶)对称(如不对称,原理是一样的)地[2]进行.与其它受力情况分析不同的是,在分析过程中变刚度有限元
5、法求出单位力作用下的吊杆内力矩阵,通过回代方法求出每根吊杆的初始预张拉力,从需要不断改变结构的计算简图.以从拱顶向拱端张而使得最终吊杆的张拉力达到规定的设计值.拉的过程分析为例:如图1所示为某实际系杆拱桥,一共有11根吊杆(对称布置).当首先在中间吊杆1系杆拱桥的分析6)6c中施加张拉力T6)6c时,其它吊杆都未张紧,因根据结构构造的特点和施工条件,系杆拱桥的而不能参加工作,这时结构的内力可由如图2所示施工一般分为以下几个阶段进行:¹在一般满堂脚的计算简图求得.当张拉吊杆5)5c与7)7c时,中间手架上浇筑系杆(纵梁)
6、并与横梁相连接,待达到一的吊杆6)6c已有预张拉力T6)6c,能够承受由于定强度后,对系杆施加第一批预应力.这时系杆和横T5)5c与T7)7c引起的不超过T6)6c的压力,故杆6)6c梁的重量全部由脚手架承担.º将预制拱肋逐段进将参加结构的作用,该杆的总内力等于两次受力的作者简介:彭宣茂(1956)),男,江西吉水人,高级工程师,硕士,主要从事水工结构力学研究.#32#代数和.同理,再继续张拉其余各对吊杆,计算中考虑的吊杆数将不断增加,例如在张拉3)3c与9)9c时,计算简图如图3所示.该计算简图中吊杆4)4c至8)8
7、c是受有预张拉力的杆件,能够承受不超过预张拉图3张拉吊杆3)3c和9)9c的计算简图力的压力,而T3)3c和T9)9c是已知的张拉力.根据上0c.利用求出的初始张拉力Ti或直接根据各吊述方案将可逐步求得各对吊杆张紧过程中各吊杆和杆中的内力Ni,求结构的内力.将上述过程表示为结构中的内力.一般通式.设系杆拱桥的吊杆根数为n,则0tT=N(2)式中:t为吊杆内力矩阵,可表示为tn,ntn,n-1,tn,i,tn,10tn-1,n-1,tn-1,i,tn-1,1ssssss图1系杆拱桥简图t=(3)000tj,i,tj,1s
8、sssss00000t1,10其中的元素tj,i表示单位张拉力Ti=1作用下,在其余已张拉吊杆中产生的内力,可采用平面或空间结图2张拉吊杆6)6c的计算简图构有限元法求得,但其计算简图和结构的整体刚度0可以看出,除了最后一对吊杆(图1中的1)1c随不同的张拉顺序和施工过程而改变;T为未知量和11)11c)外,其它吊杆的最终内力都不
