大型张弦梁结构单侧张拉法调索分析与实践

摘要

张弦梁结构（Beam String Structure，简称BSS）是近年来出现的一种新型杂交体系，由刚度较大的抗弯构件和高强度的弦（或索）以及连接两者的撑杆组成，通过对弦（或索）施加拉力，使相互连接的构件成为具有整体刚度的结构。按照张拉方式的不同，分为双侧张拉式和单侧张拉式，目前以双侧张拉应用最为广泛。宁波铁路南站大型张弦梁雨棚为既有线施工，单榀张弦梁一跨不能一次完工，形成一整跨后，一侧已经通火车，两端同时张拉的难度很大，而单侧张拉方式能满足现场实际需要、但是调索难度很大。 本文以宁波铁路南站大型张弦梁雨棚为背景，选取1/2-2/2～F-2/G张弦梁单元作为计算单元，建立有限元实体模型，分别对比双侧张拉和单侧张拉方式下对撑杆的偏位方向、偏位量、对称特性进行模拟分析，并提出了单侧张拉方式下对撑杆偏位的现场监测与纠偏方案。 同时，单侧张拉过程是张弦梁结构脱离支撑胎架到自己能够独立受力的过程，拉索索力、钢结构应力和变形是一个动态过程，也是施工中质量和安全控制的重点过程，也即是为了确保结构找形的调索方案。通过建立（2-1/2-7）～（2-D/2-G）区域张弦梁的有限元模型，考虑结构“自重+恒载+屋面荷载”、以结构Z向位移量基本为零为控制目标，迭代计算出（2-1/2-7）～（2-D/2-G）各张拉索的两级张拉力和跨中起拱值的控制设计值，并找出索力与张弦梁中点变形存在近似线性关系的规律；选取（2-1/2-2）～（F/2-G）区域的七跨张弦梁结构进行现场应力和变形监测试验；最终提出了建立“以变形观测为主、应力监测为辅”的调索监测方案，并完善了两级张拉的调索方案。 通过本文研究，提出了“有限元迭代法计算调索索力”、以及“以变形观测为主、应力监测为辅”的调索监测方案、撑杆偏位的现场监测与纠偏方案，确定了各级调索索力值，确保了宁波铁路南站大型张弦梁雨棚的准确找形，有助于该形结构在既有线通行环境下的大型铁路站台雨棚的应用。