大跨度鋼箱拱橋常采用纜索吊裝工藝，施工安裝節段多，只有進行詳細的施工過程仿真分析，才能使結構線形和受力狀態滿足設計和規范要求。文章闡述了鋼箱拱橋吊裝施工過程變形調整方法、扣索力確定原則以及施工中的注意事項，并以梧州市西江四橋為例，采用有限元分析軟件Midas Civil進行施工過程模擬分析，利用未知荷載系數法進行索力的優化調整，所得結果與實測結果基本一致。該方法可以得到令人較為滿意的設計線形，可廣泛應用于類似工程。
有限元;鋼箱拱;纜索吊裝;未知荷載系數法;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，拱肋剛度較大，后期通過扣索力調整拱肋標高難度較大。同時，拱肋劃分節段較多，屬于高次超靜定結構，后期張拉索力又會引起前面已安裝階段的索力變化，整個施工過程對扣索張拉力控制及線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施工過程拱肋均處于設計線形位置，優點在于合龍過程中不需要調整;缺點在于整個施工過程中需要不斷放松和張拉扣索力，施工過程具有一定風險，調索較為復雜繁瑣，工期較長。本文以梧州市西江四橋主拱肋纜索吊裝為例，采用未知荷載系數法，施工過程中考慮后續階段對前面階段索力和線形的影響，扣索一次張拉到位，線形控制良好，同時有效縮短了工期。
1 纜索吊裝過程中未知荷載系數法應用
1.1 確定扣索索力的原則
(1)纜索吊裝過程中采用的扣索應力應小于容許應力，并考慮一定的安全系數。施工過程中常采用鋼絞線作為扣索，扣索容許的最大應力為破斷力的50%，即須考慮2.0的安全系數。
(2)扣索索力最大值的選取。整個施工過程中扣索力一直處于變化過程中，在進行所有吊裝施工節段分析后，確定每段扣索的最不利索力，依次進行配索。
(3)扣索索力在整個施工過程中不應有較大的變化，以免引起扣索幾何非線性影響的增加。
(4)扣索索力的整個過程控制，應使拆除扣索后，拱肋線形與一次落架成拱線形接近。
1.2 鋼箱拱橋切線拼裝偏差分析
拱肋標高的調整包含兩個部分：(1)施加扣索力來調整標高;(2)施工過程中適當調整切線拼裝角來調整標高。施工過程中，在滿足焊接工藝的條件下，可以通過調整拱肋節段的切線拼裝角，實現拱肋無應力狀態的線形調整。但其調整量不應太大，否則會造成拱肋節段間焊接困難。構件切線拼裝偏差分析見圖1。
由圖1中幾何關系可知：
Hθ=b(1)
由于切線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——由于切線拼裝偏差引起的缺口大小(m);
L——節段弦長(m);
β——節段切線與水平線夾角(rad);
θ——安裝切線偏差角(rad)。
1.3 整個施工過程中應注意的其他問題
(1)溫度影響。鋼結構對溫度影響比較敏感，整個施工過程要做好溫度監測，并做好溫度影響下的結構變形、結構內力分析。
(2)扣塔偏位影響。扣塔偏位對拱肋的標高有較大影響，施工過程中要保證扣塔水平偏位在允許范圍內，一般為10 mm。
(3)張拉扣索時間問題。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，施工過程應避免將拱肋焊接與扣索張拉同步進行，以免引起焊縫開裂，影響結構安全。
1.4 未知荷載系數法介紹
未知荷載系數法，是指結構在線彈性條件下，對要求的未知量給一組任意初始值(一般為1)，然后給定結構的約束條件，可為內力、變形等，經過迭代計算得到滿足約束條件的最優解。一般用未知荷載系數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作用引起的節點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，會存在多組解，一般采用最小二乘法得到優化索力解。
1.5 扣索索力求解流程(圖2)
2 工程實例
2.1 橋梁概況
梧州市西江四橋主橋為鋼箱系桿拱橋，由300 m中跨和兩側對稱布置的129 m邊跨組成。主橋全長為558 m。拱肋橋面以下采用變截面混凝土結構，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節段吊裝施工。主跨纜索吊裝施工工序如下：纜索起重機安裝、兩岸第1段拱肋吊裝→安裝扣索→接頭焊縫→拱肋標高調整→兩岸第2段拱肋吊裝→碼板臨時連接→安裝扣索→接頭焊縫→第二段拱肋標高調整→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軟件建立結構有限元模型，拱肋、塔架等采用梁單元模擬，拉索、系桿、吊桿等采用桁架單元模擬，邊界條件根據實際情況模擬(見圖3)。
