獨塔PC斜拉橋施工監控中參數敏感性分析

陳 泉

(湖南城市學院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

橋梁工程

獨塔PC斜拉橋施工監控中參數敏感性分析

陳 泉

(湖南城市學院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

為對獨塔PC斜拉橋進行更有效的施工監控、準確把握施工過程造成的偏差對成橋狀態的影響，需對橋梁施工過程中各可變參數對成橋狀態影響的敏感性進行分析。以一座獨塔PC斜拉橋為例，對橋梁模型中結構參數進行了敏感性分析，分析了橋梁結構自重、預應力損失等因素對成橋狀態的影響。分析結果表明主梁自重變化、預應力損失和環境相對濕度變化對橋梁成橋狀態影響較大，而環境溫度變化對橋梁成橋狀態的影響較小。

斜拉橋；影響參數；敏感性分析；成橋狀態；施工監控

1 工程概況

某獨塔雙索面PC斜拉橋設計主跨跨徑90 m+90 m。橋面總寬40.00 m，橋面橫向布置為1.5 m(拉索錨固區)+4.5 m(人行道)+28 m(行車道)+ 4.5 m(人行道)+ 1.5 m(拉索錨固區)。主梁采用雙向預應力混凝土結構為雙邊肋主梁，標準段主梁肋內、外側高分別為2.180 m、2.105 m，上、下緣寬分別2.35 m、2.60 m，兩主肋凈間距34.8 m。主肋下緣在索塔根部位置加寬至5.0 m，并設有長度22 m的直線過渡段。索塔采用拱型索塔，橫向寬度3.0 m，上塔柱縱向寬度為4 m，下塔柱分為兩肢寬度為2.318～3.80 m，橋面以上索塔高62 m。主梁、主塔、墩柱由C55水泥混凝土澆筑，橋臺由C40水泥混凝土澆筑。全橋斜拉索采用1 860級15.2 mm環氧噴涂鋼絞線，拉索主要有四種規格。

2 有限元模型

采用通用有限元軟件建立模型進行分析。采用空間梁單元模擬梁、主塔；斜拉索忽略垂度效應，采用空間只受拉桁架單元進行模擬；主梁劃分112個單元，橋塔劃分100個單元，斜拉索共劃分60個單元。主梁施工采用滿堂支架施工，滿堂支架采用主梁的節點彈性支承(只受壓)進行模擬；支座采用只受壓的彈性單元進行模擬；墩柱和主塔底端采用固結。

3 參數敏感性分析主要內容

結合該橋的實際施工過程，以自重變化、預應力損失、橋梁環境濕度、整體溫差4類參數的變化作為主要分析內容，具體結構參數及其變化見表1，表中“±”表示增、減。計算時僅變化需要討論的參數，將結果與基本狀態進行對比，考慮到本橋是左右完全對稱的結構，兩邊的荷載也保持一致，故主塔的偏位不會存在差異，故對比結果的參數為主梁線形、斜拉索索力、主梁應力。

表1 結構主要參數及變化模式

4 參數敏感性分析結果

4.1 梁段自重敏感性分析

根據以往施工經驗實際施工過程中，梁段重量超出設計理論值是較為常見的狀況。其變化幅度通常在5%左右，考慮梁段自重變化為增加3%、5%，降低3%、5%四種情況進行對比分析。

圖1 梁段自重變化與成橋狀態下拉索索力 及主梁撓度變化關系

圖2 梁段自重變化與成橋狀態下主梁截面 上、下緣應力變化關系

由圖1～2可知，梁段自重變化對成橋狀態具體影響如下。

(1)隨著梁段自重增大，各拉索索力、主跨撓度均有所增加；梁段自重減小，各索力索力、主跨撓度均有所減小。梁段自重變化對跨中拉索索力影響略大于兩端拉索索力，其對跨中拉索索力影響最大；在梁段自重變化時主梁36 m處成橋撓度的變化量最大，最大變化量為10 mm。

(2)梁段自重變化時主梁截面應力在主梁30 m附近變化最大，最大變化量為0.9 MPa，且對主梁下緣應力的影響大于上緣應力；隨著梁段自重的變化，主梁同時存在應力增加及應力減小區段，但在主梁60～70 m區域應力變化量相對較小。

4.2 預應力損失敏感性分析

在預應力混凝土構件施工中由于存在一些導致預應力損失的意外情況，導致構件實際預應力損失往往大于規范允許值。為了分析預應力損失的影響，分別以損失5%，10%，15%三種情況，進行對比分析。

圖3 預應力損失與成橋狀態下主梁撓度變化關系

圖4 預應力損失與成橋狀態下主梁應力變化關系

由圖3～4可知，預應力損失對成橋狀態主梁的撓度與應力均有較大影響。

(1)成橋狀態下主梁撓度與預應力損失的大小接近正比例關系；在成橋狀態下其撓度最大變化量發生在主梁40 m附近，當預應力損失15%時其成橋狀態下撓度最大變化量為10.6 mm。

(2)預應力損失對成橋狀態下主梁的影響也與預應力鋼絞線的安放位置有關；預應力損失對主梁上緣應力的影響主要集中在端部；對主梁下緣應力的影響主要集中在中部，其顯著影響區域為主梁30 m左右；同時預應力損失對成橋狀態下主梁下緣應力的影響明顯大于對上緣應力的影響。

4.3 環境濕度敏感性分析

混凝土收縮徐變需按照相關橋梁設計規范進行計算，其大小與截面特性、環境濕度條件有關。本文中將環境濕度條件作為可變因素，分別考慮相對濕度50%、60%、80%、90%四種情況，進行對比分析。

圖5 相對濕度變化與成橋狀態下拉索 索力、主梁撓度變化關系

由圖5可知，當所處環境濕度越小，成橋狀態下拉索索力、主梁撓度就越小；當所處環境濕度越大，成橋狀態下拉索索力、主梁撓度就越大；所處環境濕度變化對成橋狀態下主梁左、右端拉索索力均有較大影響，其最大變化量為114 kN；但對成橋狀態下主梁跨中拉索索力的影響很小；成橋狀態下主梁撓度最大變化值發生在主梁30 m附近，其最大撓度變化量為8.6 mm。

4.4 環境溫度變化敏感性分析

本文中假設結構溫度升高15、25 ℃，溫度降低15、25 ℃四種情況來模擬整體溫差，進行對比分析。

圖6 環境溫度變化與成橋狀態下拉索索力、主梁撓度變化關系

通過圖6分析可得：結構整體溫度降低對橋梁拉索索力影響較大，結構整體溫度降低25 ℃造成的拉索索力增大68 kN；同樣結構整體溫度降低對主梁撓度的也有影響，結構整體溫度降低25 ℃，邊墩和主塔附近位置主梁下降1.5 mm而40 m附近主梁上升1.6 mm；而結構整體溫度升高會造成主梁撓度整體上升，整體溫度升高并不會對拉索索力造成影響，索力差始終為零。相較于梁段自重、預應力損失、環境相對濕度，環境溫度的變化對成橋狀態的影響較小。

5 結 論

通過對獨塔PC斜拉橋成橋狀態下受力情況有影響的主要參數進行敏感性分析得出以下結論。

(1)主梁梁段自重的變化對獨塔PC斜拉橋成橋狀態下的主梁線形、主梁截面應力、拉索索力有較顯著影響，這是因為改變梁段自重就直接改變了結構恒載大小，所以對結構成橋狀態有較大影響。

(2)梁段自重的變化、環境相對濕度的變化、結構整體溫度降低對獨塔PC斜拉橋成橋狀態下拉索索力也有較大影響。

(3)梁段自重的變化、預應力損失、環境相對濕度的變化對獨塔PC斜拉橋的成橋狀態下主梁線形有較為顯著的影響，上述參數需在施工監控過程中作為重點控制對象予以監控。

(4)預應力損失、梁段自重變化對獨塔PC斜拉橋成橋狀態下主梁截面應力有較為顯著的影響，上述參數也需在施工監控過程中應作為重點控制對象予以監控。

[1] 王生武,項純夫,李騰騰,等.異形獨塔斜拉橋參數敏感性分析[J].公路工程, 2015,40(1) :134-142．

[2] 李喬，卜之一，張清華．大跨度斜拉橋施工全過程幾何控制概論及應用[M]. 成都：西南交通大學出版社,2009.

[3.] 蘇成,范學明.斜拉橋施工控制參數靈敏度與可靠度分析[J]. 土木工程學報, 2005,38(10) :81-86．

Analysisofparameters’sensitivenesofsingle-towerPCcable-stayedbridgeintheconstructionmonitoring

CHEN Quan

(Civil Engineering Center Hunan Test Hunan City University , Yiyang，Hunan 413000,China)

In order to monitor the construction of PC cable-stayed bridge with single tower more efficiently, accurately grasp the influence of errors in the construction on its completion state, it is necessary to analysis the bridge’s design parameters sensitiveness. In this paper, taking a bridge with single tower as a case, some bridge’s design parameters’ sensitivity have analyzed. It provides that the weight of bridge structure, loss of pres-tress and relative humidity have a greater effect than the structural stiffness and temperature of environment on the bridge system.

cable-stayed bridge; influencing parameters; sensitivity analysis; completed bridge state; construction control

U442

A

1008-3383(2017)09-0097-02

2017-06-08

陳泉(1984-)，男，湖南益陽人，工程師，研究方向：橋梁檢測。