大跨度斜拉橋拉索安全性分析方法研究

【摘要】對斜拉橋結構安全性進行衡量的最為關鍵的一個標準就是運營期間斜拉橋斜拉索的安全性。出于對斜拉索鋼絲與高強拉絲不均勻性之間相互影響的考慮，本文立足于可靠度觀點對橋梁運營條件下斜拉索安全系數的變化進行了分析，然后以此為基礎對分析大跨度斜拉橋拉索安全性的有效對策進行了分析。

【關鍵詞】斜拉橋；拉索；安全系數

對斜拉橋結構安全進行衡量的重要指標就是運營期間斜拉橋斜拉索的安全性，由于鋼絲本身的疲勞和銹蝕而導致斷裂，這一現象是導致斜拉索受到破壞的關鍵原因，斜拉橋在使用期間的失效事故大部分都是由拉索失效引發的。本文以某大橋斜拉索工程為例，對大跨度斜拉橋拉索安全性的分析方法進行了分析。

1.大跨度斜拉橋拉索強度模型分析

大跨度屋蓋中的索承體系、吊橋的吊索、懸索橋的吊索和主纜、斜拉橋的斜拉索等在對靜荷載和動荷載進行承受的時候都采用了纜索。通常在設計階段將組成索的鋼絲公稱破斷力加起來作為鋼索公稱破斷索力。但是因為在結構評估階段需要對拉索承載力進行準確的計算，并且要對在增長的荷載作用下鋼索出現的失效過程的復雜性進行考慮，對鋼絲在承受荷載和變形的時候出現的索內斷絲、腐蝕、交互效應等情況的綜合影響進行考慮[1]。

2.采用Monte Carlo法對拉索強度進行估算

首先，鋼絲樣本本構之間的關系：因為受到了試驗設備條件的影響，一般從鋼絲樣本的室內拉伸試驗中對拉索的強度進行研究。在工程施工后期，分別選取其上游兩個拉索中的長鋼絲實施靜力試驗。本文以試驗結果為根據，選擇兩階段模型對拉索鋼絲的本構特性進行模擬，采用線性對第一階段進行表示；采用簡化成線性的方式對樣本非線性后屈服特性進行表示。盡可能少的控制點、計算更加方便、簡單是簡化鋼絲將本本構關系時必須遵守的原則。通過對E、εe、εu、σu等四個隨機變量的利用，以試驗結果為根據對隨機變量的統計分布參數進行確定，其中統一量均值和試驗均值之比就是均值系數，標準差與均值之比就是變異系數[2]。統一的統計分布式所有變量的服從對象。在本次研究中選擇對數正態分布和正態分布，并未對隨機變量之間的相關性等進行考慮，各個變量之間假設具有相互獨立性。下表1為隨機變量的統計分布。

其次，鋼絲本構關系：采用簡化模擬的方式將一根鋼絲模擬成一個串聯系統，這個串聯系統是由m段鋼絲試樣共同組成的，那么該鋼絲的強度也就是其中最弱節段的強度。采用L和L0來表示鋼絲的長度和節段長度。這時候如果將拉力施加在鋼絲端部，就會有不同的應變出現于不同的節段。在這種情況下，這個問題就變成了串聯問題。

最后，拉索模型強度：可以采用鋼絲串聯模型對平行鋼絲束拉索的強度進行模擬，在斜拉索中不需要對斷裂后鋼絲的摩擦效應進行考慮，認為一旦某根鋼絲出現斷裂的情況就會在承載中退出去。在鋼索平均強度不斷減小的同時，其同時也具有越來越小的強度變異系數，特別是一些中等數量鋼絲的拉索中這個定值就是其平均強度。而這個效應就是所謂的Daniel效應，在該大橋拉索中鋼絲數位109—301，因此必須考慮Daniel效應的影響。

3.分析拉索的安全性

3.1被活載引起的最大索力

在非線性幾何分析大跨度斜拉橋時，分析的初態應該為恒載狀態，分析活載的內力。如果斜拉橋的跨度不大于600米，可以使用線性撓度來對其進行分析。在初始狀態下，可以對索力的影響線進行直接計算，通過一次性加載，將最不利的加載位置分析出來。

首先，通過非線性專用和橋梁線性，并使用系統BAP活載分析程序，能夠將斜拉索的索力影響線分析并計算出來[3]。

其次，按照最不利的位置來對索力影響線進行布置。

最后對其影響線進行加載，能夠將不同活載形式得到的最大活載索力增量求出來。

3.2分析恒載索力

通過優化方法能夠得出設計階段拉索的恒載索力。但是實際施工中計算理論的簡化以及其他因素都會對索力產生直接的影響。在完成施工之后，為了得到成橋索力還要對其進行調索。在橋梁的運營過程中，橋梁結構會受到各種因素的影響而出現局部或者整體損傷，例如溫度影響、環境侵蝕、荷載作用等等。

3.3分析安全性

按照一定的方法可以求出拉索95%強度保證值的安全系數。活載在不同的檢測期會有所差別，從而影響安全系數，但是變化值較小。因此在進行拉索安全系數計算時只需考慮斷絲概率的演化公式，不必考慮活載的影響。

4.結語

本文認為以鋼絲樣本實驗結果為根據，能夠對斜拉索的強度特性進行模擬，如果鋼絲數量少于500，還要考慮到Daniel效率。在對斜拉橋對拉索進行安全評估時要考慮到斷絲概率的線性增長。本文的結果可以被應用于評定斜拉索的安全性，并與斜拉橋運營期間的索力檢測相結合，作為拉索維護和進一步損傷檢測的重要參考。

參考文獻

[1]朱立偉，李宏偉，等.基于人工魚群算法的大跨度斜拉橋模型修正算法研究[J].公路交通技術. 2015，（01） .

[2]楊承洞，史錦華.貴州武佐河大橋斜拉索制作關鍵特性控制與質量評價[J].公路交通技術.2015，（01）.

[3]徐登云，孫小猛，趙飛，等.超高鉆石型索塔“拉桿一撐桿”優化設計方法研究[J].鐵道標準設計. 2015，（04）.