系杆拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响研究

摘要：本文针对系杆拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响展开研究。通过理论分析与数值模拟相结合的方法，系统探讨了不同张拉顺序下系杆拱桥关键构件（如拱肋、系杆、吊杆及桥面系）的受力特性变化规律。研究表明，吊杆张拉顺序显著影响结构内力分布、位移响应及稳定性，合理的张拉顺序可有效优化结构受力状态，减少施工阶段风险。本文提出了基于“对称均衡、分级调控”原则的张拉顺序优化策略，为系杆拱桥施工控制提供了理论依据和技术支持。

关键词：系杆拱桥；吊杆张拉顺序；结构受力

系杆拱桥作为一种兼具美学与力学优势的桥梁形式，广泛应用于大跨径桥梁工程中。其核心构造为拱肋与系杆通过吊杆连接，形成自平衡体系。吊杆作为关键传力构件，其张拉顺序直接影响施工阶段及成桥后的结构受力状态。然而，吊杆张拉涉及非线性耦合作用，传统经验法难以精确控制结构响应，需通过科学方法优化张拉顺序。

一、吊杆张拉顺序对结构受力的影响机制

（一）结构内力重分布

吊杆张拉过程中，拱肋与系杆因轴向变形及弯矩调整，会出现内力重分布现象。具体而言，先张拉短吊杆时，拱肋局部区域可能承受较大压力；而先张拉长吊杆，则可能导致系杆预应力发生损失，需通过合理张拉顺序优化内力分配。

（二）位移响应差异

位移响应差异表明，吊杆张拉顺序对结构变形影响显著。不同张拉顺序下，拱肋竖向位移、系杆水平位移及桥面系挠度差异明显。非对称张拉易引发结构侧向偏移，破坏成桥线形平顺性，需通过优化张拉顺序控制位移响应，保障结构线形精度。

（三）稳定性风险

张拉顺序若不合理，可能引发结构稳定性风险，例如拱肋面外屈曲或系杆局部屈服等失稳现象。此类风险不仅影响结构安全，还可能缩短使用寿命。因此，需通过科学优化张拉顺序，提升结构整体冗余度，以增强其抗失稳能力，确保结构安全稳定。

二、吊杆张拉顺序的优化原则

（一）对称均衡原则

对称均衡原则强调吊杆张拉需兼顾拱肋与系杆的受力平衡。具体而言，优先张拉对称位置的吊杆，可避免拱肋因单侧受力产生偏心受压；同时，通过分阶段对称张拉，确保系杆轴力均匀增长，防止局部应力集中，保障结构整体稳定性。

（二）分级调控原则

分级调控原则要求将总张拉力按合理标准划分为多级，通过逐级加载的方式，精准控制结构变形速率与幅度，避免突变。同时，结合实时位移、应力监测数据，动态评估结构响应，及时调整各级张拉力参数，确保施工过程安全可控。

（三）关键构件保护原则

关键构件保护原则强调需对拱肋与系杆实施针对性防护。拱肋保护需避免局部吊杆张拉力过大引发开裂风险，需通过合理张拉顺序分散应力；系杆保护则需严格限制应力增量，防止超限疲劳损伤，确保其长期承载性能稳定。

三、吊杆张拉顺序对结构受力的具体影响分析

（一）拱肋受力分析

拱肋受力分析表明，吊杆张拉顺序对轴力分布与弯矩调整影响显著。对称张拉时，拱肋轴力沿跨度呈均匀抛物线分布，结构受力均衡；非对称张拉则易引发局部轴力突变，导致应力集中[1]。同时，张拉顺序直接影响拱肋弯矩峰值位置，合理规划可有效降低最大弯矩，提升结构抗弯性能。

（二）系杆受力分析

系杆受力分析显示，吊杆张拉顺序对系杆性能影响显著。先张拉长吊杆时，系杆可能因局部应力松弛导致预应力损失，需通过后续补偿张拉恢复目标应力[2]。此外，张拉顺序直接决定系杆轴向伸长量，需结合预拱度设计抵消变形，确保成桥后系杆线形与内力状态符合设计要求。

（三）吊杆受力分析

吊杆受力分析表明，张拉顺序对其性能影响突出。非对称张拉时，吊杆内力分布不均，部分吊杆可能因内力过大而超载，增加结构安全风险。同时，张拉顺序影响吊杆的循环应力幅，不合理的张拉顺序会加速吊杆疲劳损伤。因此，需通过优化张拉顺序，降低内力差异，提升吊杆疲劳寿命。

（四）桥面系受力分析

桥面系受力分析指出，吊杆张拉顺序对桥面性能影响关键。张拉顺序不同，桥面系挠度变化显著，需借助多目标优化技术平衡结构变形与线形要求，确保桥面平顺[3]。同时，合理的张拉顺序能有效分散车辆荷载，降低桥面系应力集中现象，减少局部损伤风险，从而提升行车舒适性与结构耐久性。

四、吊杆张拉顺序优化策略

（一）数值模拟辅助决策

在系杆拱桥吊杆张拉顺序优化研究中，采用数值模拟辅助决策方法。首先构建精细化有限元模型，该模型能够精准刻画结构几何特征与材料属性，进而模拟不同张拉顺序下拱肋、系杆、吊杆及桥面系等关键构件的受力与变形响应。通过参数化分析技术，系统评估多种张拉顺序组合的结构性能，最终确定兼顾内力均匀性、位移控制与稳定性的最优张拉方案。

（二）施工过程动态控制

为保障系杆拱桥吊杆张拉施工安全与结构性能，实施施工过程动态控制策略。应制定分阶段张拉计划，依据结构受力特性划分施工阶段，明确各阶段目标位移与应力限值，确保施工过程可控；同时引入闭环反馈机制，通过实时监测系统采集结构响应数据，依据监测结果动态调整张拉参数，形成“监测—分析—调整”的闭环控制流程，实现施工参数精准调控。

（三）多目标优化方法

为实现系杆拱桥吊杆张拉顺序的科学优化，构建多目标优化模型，以结构内力均匀性、位移响应控制及稳定性保障为核心目标，综合考量拱肋轴力分布、桥面系线形偏差及结构冗余度等关键指标。采用遗传算法与粒子群算法等智能优化技术，通过种群迭代与粒子搜索机制，在复杂解空间中高效逼近帕累托最优前沿，为张拉顺序决策提供兼顾多目标的量化方案。

五、结论

本文围绕系杆拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响展开系统研究，通过理论推导与数值模拟相结合的方法，揭示了张拉顺序与结构内力分布、位移响应及稳定性之间的内在关联。研究表明，吊杆张拉顺序显著影响拱肋轴力与弯矩调整、系杆预应力状态及桥面系线形控制。基于对称均衡、分级调控原则提出的优化策略，可有效降低结构非对称变形风险，减少施工阶段内力突变，提升整体冗余度。数值模拟验证了优化策略在改善结构受力均匀性、控制位移响应及保障稳定性方面的有效性，为系杆拱桥施工控制提供了科学依据与技术支撑。

参考文献

[1]李青. 钢管混凝土拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响 [J]. 黑龙江交通科技， 2024， 47 （04）： 105-108.

[2]张思远. 吊杆张拉顺序对系杆拱桥系梁和拱肋受力影响分析 [J]. 兰州工业学院学报， 2019， 26 （05）： 6-9.

[3]张发飞，杨斌，于晓光. 系杆拱桥吊杆张拉方案对结构受力特性影响分析 [J]. 内蒙古公路与运输， 2018， （05）： 10-15.