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下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆张拉力确定分析【摘要】钢管混凝土系杆拱桥属于空间内部超静定结构，由于吊杆的存在使得设计、施工控制变得比较复杂。
本文利用有限元分析程序Midas/Civil 2010，采用影响矩阵法和倒装法相结合的方法来确定合理的吊杆施工张拉力，通过算例证明，该方法计算方便，所得结果满足设计要求。
【关键词】系杆拱桥；影响矩阵；倒装法；吊杆张拉力The Deterministic Analysis on Suspender Tensile Force of Tied Arch Bridge of the Concrete Filled Steel Tube under the DeckHuo Ming-gang1Yan Juan2Li Ruo-ming3Xu Bin4School of Civil Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou Gansu 730070, ChinaAbstract: Concrete filled steel tube tied arch bridge belongs to the hypostatic structure in the space. Because of the presence of suspenders, the control of design and construction has become more complex. In this paper, the way combined the influence matrix method and the inversion method is used to determine the tensile force of the reasonable suspender construction by finite element analysis program Midas/Civil 2010 , a numerical example proved that the method is convenient to calculate and the results meet the design requirements.Keywords：Tied arch bridge; the influence matrix; the inversion method; suspender tensile force引言钢管混凝土拱桥在我国应用和发展很快，该桥型主要由拱肋、系梁、吊杆三部分组成，主梁弹性支撑于吊杆上，并通过吊杆传递给主拱肋，主拱肋主要承压，产生水平推力，此推力可通过系梁内预应力平衡，是一种自平衡体系。
寒山大桥吊杆二次张拉索力计算寒山大桥是位于中国浙江省嘉兴市秀洲区寒山镇的一座公路桥梁，其跨度较大，需要吊杆来支撑桥梁的强度，保证桥梁的安全运行。
在吊杆的设计中，二次张拉是一种非常重要的计算。
二次张拉是指在吊杆预应力拉紧后，由于架桥过程中和气温变化、荷载作用等因素的影响，吊杆的张拉力可能会发生变化。
因此，我们需要对吊杆的二次张拉进行计算，以保证桥梁的安全使用。
为了计算吊杆的二次张拉，我们需要考虑以下几个要素：1.桥梁设计参数：包括主跨长度、设计荷载等。
这些参数会直接影响吊杆的张拉力。
2.材料参数：吊杆的材料特性会对其二次张拉产生影响，包括杨氏模量、线膨胀系数等。
3.外部因素：主要包括气温变化、荷载作用等。
气温变化会使桥梁产生热胀冷缩效应，从而导致吊杆产生变形和变化的张拉力；荷载作用会使吊杆产生附加的力，从而影响其张拉状态。
在进行二次张拉计算时，我们可以按照以下步骤进行：1.根据桥梁的设计参数和材料参数，计算吊杆的初始张拉力。
吊杆的初始张拉力可以通过应变应力分析和拉力计算方法来确定。
2.考虑气温变化的影响，计算二次张拉引起的吊杆张拉力变化。
根据吊杆材料的线膨胀系数和气温变化范围，可以计算吊杆长度的变化，并据此计算吊杆张拉力的变化。
3.考虑荷载作用的影响，计算二次张拉引起的吊杆张拉力变化。
通过分析主要荷载作用下的吊杆受力状态，可以计算荷载引起的吊杆张拉力的变化。
4.将气温变化和荷载作用引起的张拉力变化相加，得到吊杆二次张拉的总变化。
通过以上计算，我们可以得到吊杆在不同情况下的二次张拉力变化。
这些计算结果可以为吊杆维护和管理提供参考，保证桥梁的安全运行。
需要注意的是，在进行二次张拉计算时，我们还需要考虑吊杆的初始张拉力和预应力的稳定性。
如果初始张拉力不足或者预应力失效，会导致吊杆的二次张拉力不准确，进而影响桥梁的安全。
综上所述，寒山大桥吊杆的二次张拉力计算涉及到桥梁设计参数、材料参数、气温变化和荷载作用等多个因素。
钢管混凝土拱桥吊杆二次张拉索力计算摘要：本文针对钢管混凝土拱桥，提出二次张拉施张拉力、顺序的计算问题，以影响矩阵理论为基础，建立了二次张拉最优控制的数学模型，采用惩罚函数法求解，该方法计算精确、简便、实用，是一种较为理想的计算方法。
关键词：影响矩阵法，钢管混凝土拱桥；二次张拉；成桥索力；惩罚函数法1、引言对于采用少支架施工的柔性吊杆系杆拱桥，在吊杆张拉过程中，结构的内力和线形都在不断地变化。
即使按照设计要求调整到了初始张拉力，使其按照设计所考虑影响索力因素后成桥达到最终成桥索力，然而桥梁施工中存在着各种误差，故成桥后实际吊杆索力并不能达到设计所要求的最终张拉力，必须通过二次张拉来实现，使得桥梁实际最终索力与设计最终索力一致，才能保证结构受力合理，运营安全。
本文以某钢管混凝土拱桥为工程背景，将影响矩阵理论引入到吊杆索力计算当中，采用约束最优方法[1]求解出施张拉力[2]、最优张拉顺序以及张拉过程索力控制终值。
结果表明，该方法具有思路清晰、应用简单、计算精度高等优点。
2、二次张拉的影响矩阵法已知吊杆初始索力{ }和目标索力{ }，拟定一合理的张拉顺序，在吊杆二次张拉之前这一初始状态下，分别给每一吊杆增加单位力为1的索力，计算出该单位力对结构指定物理量（包括索力、控制截面应力、控制点位移）的改变量，得出物理量的相关影响矩阵。
通过影响矩阵法计算出在张拉各个阶段当前索的施调量{ }，找出最优张拉顺序，在保证结构最安全的情况下使得在张拉完毕之后每根索索力达到目标值。
2.1影响矩阵法原理现以一座简单的系杆拱桥为例。
以吊杆的索力为受调向量来说明影响矩阵的构成。
如图1，当在1号吊杆增加单位索力时，吊杆1、2、3、4、5相应的索力增量为{ }（=1,2,3,4,5）,则在号索增加单位索力时，索1、2、3、4、5相应的索力增量为{ }（=1,2,3,4,5）。
则可得出索力影响矩阵为：(1)同理可以得出所需控制点的位移影响矩阵，关键截面应力影响矩阵分别为，其中:(2)的形式与相同。
基于频率计算系杆拱桥吊杆张拉力的实用公式
张戎令;杨子江;朱学辉;梁庆福;徐瑞鹏
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2015(050)005
【摘要】为了分析频率对吊杆张拉力的影响,根据吊杆的振动力学特性,考虑到吊杆在振动过程中处于动平衡状态,建立吊杆的运动偏微分方程,推导出考虑抗弯刚度、转动惯量、剪切变形、转动惯量和剪切变形耦合影响下频率与索力的计算公式.通过不同吊杆长度及各自不同阶频率进行对比及频率差拟合分析,分析认为通过高阶频率差求基频会造成基频值识别变大,从而导致索力识别值偏大,得出基于一阶频率的频率修正值,同时得出了索力计算实用公式.通过算例,分析对比了弦振动公式、考虑抗弯刚度公式和本文公式.计算表明:采用实用公式确定的索力与实际张拉力相比,误差可控制在5％以内.证明了实用公式的正确性和实用性.
【总页数】7页(P823-829)
【作者】张戎令;杨子江;朱学辉;梁庆福;徐瑞鹏
【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730000;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730000;中川铁路有限公司,甘肃兰州730000;兰州铁路局建设管理处,甘肃兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730000
【正文语种】中文
【中图分类】U443.6
【相关文献】
1.系杆拱桥吊杆张拉力的计算 [J], 韦伟
2.钢管混凝土系杆拱桥吊杆初始张拉力计算 [J], 党涛;方晓明;荣学文;祁熙鹏
3.系杆拱桥吊杆施工张拉力迭代算法研究 [J], 隋云龙;刘波
4.基于影响矩阵法的系杆拱桥合理成桥吊杆张拉力的确定 [J], 邢煜;苗永慧
5.支架现浇刚性系杆拱桥的吊杆施工张拉力确定方法 [J], 黄天立;傅金龙
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目录一、阐明........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.1 重要技术规范.............................................................. 错误!未定义书签。
1.2构造简述....................................................................... 错误!未定义书签。
1.3 材料参数..................................................................... 错误!未定义书签。
1.4 设计荷载...................................................................... 错误!未定义书签。
1.5 荷载组合..................................................................... 错误!未定义书签。
1.6 计算施工阶段划分...................................................... 错误!未定义书签。
1.7 有限元模型阐明.......................................................... 错误!未定义书签。
二、重要施工过程计算成果........................................................ 错误!未定义书签。
2.1 张拉横梁第一批预应力张拉工况.............................. 错误!未定义书签。
吊杆张拉施工工艺编制：复核：中铁十五局集团有限公司大西客专指挥部第一项目部二0一0年四月吊杆张拉施工工艺一、吊杆安装、张拉前的施工准备材料进场前先按照规范、标准等要求验收出场证明、合格证、外观等检查、相应的质量检测试验等，合格后方可使用。
①、拱上、梁下设臵人行通道，便于施工人员行走。
②、在拱上各吊杆锚固处对人行通道进行改造并加固，以满足拱上张拉的需要。
③、将拱、梁索道管口用磨光机磨光，清除索道管内杂物及锚垫板上的焊渣和孔口处毛刺,在锚垫板上放出孔道口十字中心线，保证锚固螺母居中并与锚板能密贴。
④、检查、清除吊杆索锚杯内外螺纹上的环氧树脂和杂物,如发现丝扣有损伤应及时修复。
⑤、检查每一根吊杆索上挂设的出厂合格证的长度，以便在安装吊杆索固定端锚固螺母进行位臵调节，用以调整钢管拱上各吊杆索锚固点理论坐标与坐标偏差。
⑥、千斤顶、油泵和油压表均编号、配套标定。
二、吊杆安装吊杆拉索根据设计计算长度在工厂内制作成成品索，吊车吊装上桥，在吊杆相应的位臵放索；利用安装在拱肋上的卷扬机或吊车提升吊杆张拉端进入拱肋预埋套管与吊杆锚固端传入系梁上预埋套管内并用锚固端锚具固定，然后利用设在桥面上的卷扬机牵引拉索张拉端与张拉端锚具固定，按设计要求张拉到位，并进行防腐处理。
吊索收紧应对称，张拉分多次进行。
⑴、桥面上放索对吊杆索安装的机具设备进行检查保证其运转良好，将成盘吊杆索放开并臵于相应位臵。
采用吊车将成品索吊装上桥，为便于放索，将索架平放并用几个小千斤顶顶起索架，利用卷扬机牵引即可完成放索。
放索架设计成圆盘结构，由上下底盘构成，之间设轴承和滚珠。
⑵ 、拉索连接结构拉索提升牵引采用卷扬机，卷扬机与拉索间采用“哈肤”式抱箍连接，内垫圆面橡胶，以保证拉索提升过程中不受到破坏。
吊杆的下锚箱在箱梁浇筑时提前预埋，上锚箱在管节安装完毕后施做。
在钢管拱钢架支墩拆除前，安装吊杆，在钢管混凝土压注后，按设计给出张拉顺序进行张拉。
⑶、吊杆安装当拱肋调整线形后，即可进行吊杆安装。
东庄大桥系杆拱采用 70m 单跨预应力混凝土系杆拱，每一系杆内布设 12 束钢绞线，采用 8Φ s 15.2mm，钢束锚下张拉控制应力为0.72f =1339.2MPa。
pk每根横梁内布设 4 束 6Φ s15.2mm 钢绞线，每根横梁内布设 4 束 6 Φ s 15.2mm 钢绞线，每束锚下张拉控制应力为0.75f =1395MPa。
pk主桥吊杆采用 PESM7-37 拱桥专用吊杆，减震器、防水罩、球面支座等均为配套产品。
吊杆高强钢丝标准强度为 1670MPa，吊杆张拉顺序及张拉力详见下表。
吊杆号1、12 2、11 3、10 4、9 5、8 6、7 初张拉力(KN) 250 250 250 250 250 250 二次张拉力(KN) 400 500 500 500 500 500 张拉顺序 6 3 5 2 4 11、《锡北线剩余段航道整治工程东庄大桥施工图》；2、《公路桥涵施工技术规范》 (JTG/TF50-2022)3、《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F80/1-2004)1、根据设计要求，系杆拱主桥 3、6、7、10 号中横梁采用预制吊装，湿接头浇筑后待混凝土强度达到90%以上且龄期不小于 7 天方可进行张拉作业。
先张拉上述中横梁第一批钢束 N1，N4 以及端横梁全部钢束，钢束锚下张拉控制应力 0.75f 。
张拉伸长量 N1、N2 为pk7.3cm，N3、N4 为 7.2cm。
2、对称张拉系杆第一批预应力钢束 N5~N8。
3、架设吊杆并进行初张拉，吊杆编号自左向右挨次为 1~12 号，吊杆索张拉顺序为6#→7#、4#→9#、2#→11#、5#→8#、3#→10#、1#→12#。
4、安装其余中横梁，并张拉其第一批钢束 N1、N4。
5、对称张拉系杆第二批预应力钢束 N1、N4、N9、N12。
6、对称张拉系杆第三批预应力钢束 N2、N3、N10、N11。
7、对吊杆索进行二次张拉，张拉顺序同初张拉顺序。
102在运河桥梁升级改造中，柔性吊杆的系杆拱桥，由于其独到的优越性，已成为一种普遍采用的桥型，目前正在江苏境内的运河上大量的施工中。
由于吊杆的张力是这类桥梁的主要参数，“吊杆是系杆拱桥的生命线”，这就说明正确的决定成桥后吊杆中的静张力（成桥索力）十分重要。
目前对横梁承载的吊杆成桥索力的方法有2种：（1）分段简支梁模型，即其成桥索力就是吊杆节间范围内的桥面恒载，这种方法十分简单，因此成为早期系杆拱桥确定成桥索力的主要方法，但其也有两点不足之处：①没有考虑实际桥面连续性对吊杆张拉力的影响；②没有考虑吊杆刚度差异（EF 和L ）对张拉力分配的影响。
（2）有限元法，从理论上讲这种方法应该精确得多，实际上也并非如此。
1．对采纳成桥索力的看法其实有限元法是一种综合的计算方法，有不少学者提出过以下诸多方法：（1）指定受力状态法（刚性支承连续梁法，零位移法等）；（2）无约束的索力优化法（弯曲能量最小法、弯矩最小法等）；（3）有约束的索力优化法（索量最小法，最大偏差法等）等[1]。
设计者可以通过改变传递构件内力，来调整全桥结构的受力状态，使拱梁内力或线型达到某一“期望值”。
从逻辑推理出发：对横梁承载均布荷载作用下吊杆等距布置的成桥索力，就可直截了当地采用简支梁模型计算，既方便又精确，又能符合最小弯矩法原理，还直观。
因此在近年的桥梁设计中，设计者基本上都采取了简支梁模型的计算方法，仅对短吊杆索力稍加修正，使综合成桥索力更加合理。
可见，除靠近拱脚短吊杆外，其余各吊杆的张拉力基本一致，并与所涉区间恒载相等。
关于短吊杆张拉力的修正对拱脚节点的内力（主要是弯矩）影响较大，仅就恒载而言：短吊杆拉力过大或系杆伸长较大时，拱脚的拱肋上缘就容易出现拉应力超标甚至裂缝。
相反，如果短吊杆拉力较小或系杆预应力弹性压缩较大时，则在系杆和拱肋相接的内弧容易出现拉应力开裂。
2．柔性吊杆张拉工艺的改进关于成桥索力的形成，以前的常用方法是根据桥面施工加载的步骤将“目标值”分成2~3个阶段，分别张拉，而每个阶段的柔性吊杆成桥张拉力的确定及张拉工艺的改进□ 中交三公局第二工程有限公司 邹仕奇摘要关键词文章以实际工程为例，首先对采纳成桥索力的看法进行了阐述，其后对柔性吊杆系杆拱桥成桥索力的确定方法及张拉工艺的改进进行了分析讨论，工程施工后满足了施工要求，可为类似工程提供借鉴。
