懸索橋索股架設參數敏感性分析

周偉， 夏雪蓮， 胡鐵山， 劉成勇

(1.湖北交投智能檢測股份有限公司, 湖北 武漢 430050；2.中交第二公路勘察設計研究院有限公司, 湖北 武漢 430056；3.湖北省交通規劃設計院股份有限公司, 湖北 武漢 430051)

懸索橋施工中，主纜架設中的線形控制是關鍵。主纜架設分為基準索股架設及一般索股架設，其中基準索股架設精度是決定主纜線形的重中之重。王戒躁等對懸索橋主纜線形影響參數進行了敏感性分析，根據其影響程度把握線形控制重點。鐘繼衛等認為大跨度懸索橋梁索股施工控制的主要技術要點包括關鍵參數收集、控制點確定、溫度跨度修正和調節比算法等。劉益等認為以主纜無應力長度確定空纜線形是保證成橋狀態下結構線形滿足設計要求的前提。李傳習等認為懸索橋施工控制的關鍵之一是根據成橋狀態線形計算主纜無應力長度，再根據無應力長度進行施工控制。 薛光雄等提出以成橋結構線形為目標，通過空纜線形及絲股直徑計算基準絲股各跨控制點的理論高程，考慮不同溫度變化、索鞍預偏位置及塔頂偏位，確定控制理論高程進行測量控制。黃浩等考慮主索鞍偏移量等參數對空纜線形的影響，對懸索橋空纜線形進行了模擬計算。王力等針對懸索橋空纜線形對溫度變化敏感的特點，根據實際施工溫度誤差對空纜線形進行了修正。何博文等認為影響橋梁施工結構行為的參數眾多，需對重點影響參數進行嚴格分析。該文以湖北棋盤洲長江公路大橋為研究對象，選取主纜無應力長度、主跨跨度、溫度場、主纜彈性模量等參數，分析其對主纜空纜線形的影響。

1 工程概況

棋盤洲長江公路大橋(也稱黃石三橋)是湖北省蘄嘉(蘄春—嘉魚)高速公路的過江通道，橋跨布置為340 m+1038 m+305 m，矢跨比為1/9，主橋為1 038 m單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋(見圖1)。

圖1 棋盤洲長江公路大橋主橋總體布置(單位：標高為m ，其他為cm)

2 主纜線形的參數敏感性分析

選取主纜無應力長度、主跨跨度、溫度場和主纜彈性模量等參數，分析這些參數變化對該橋主纜空纜線形的影響。

2.1 主纜索長對主纜線形的影響

分析主纜索長變化對主纜跨中標記點高程的影響。成橋平衡狀態計算模型中，限制各IP點水平和豎直位移，通過小幅調整索長，計算跨中標志點標高變化。如表1、圖2所示，索長每提升1 mm，中跨跨中標高變化約1.94 mm，主纜無應力長度對懸索橋主纜空纜線形的影響較小；主纜無應力長度對懸索橋空纜線形的影響表現為線性相關。

表1 索長變化對跨中標高的影響

圖2 索長變化對跨中標高的影響

2.2 主跨跨度對主纜線形的影響

由于錨碇、主塔實際施工誤差及溫度的影響，主跨實際跨度與理論值會存在偏差。在成橋平衡狀態下，固定散索鞍IP點的水平和豎直位移，小幅調整塔頂IP點的水平位移，計算主纜跨中標記點高程變化。如表2、圖3所示，主跨跨度變化與主纜跨中標高變化的比值Δh/Δu≈1.87～1.94，主跨跨度對懸索橋主纜空纜線形的影響較小；主跨跨度對懸索橋空纜線形的影響表現為線性相關。

表2 主跨跨度對跨中標高的影響

圖3 主跨跨度對跨中標高的影響

2.3 溫度對主纜線形的影響

在索股施工過程中，計算不同溫度下主纜跨中標記點的標高。考慮索股受環境溫度的均勻升降溫情況，假定散索鞍和塔頂的位置不變，以設計溫度20 ℃為基準溫度，溫度變化范圍為0～40 ℃，分析不同溫度間隔對主纜跨中標記點標高的影響。如表3、圖4所示，溫度對中跨跨中標高的影響相當大，溫度每升高1 ℃，標高變化接近25 mm，即Δh/Δt≈25 mm/℃，大跨徑懸索橋主纜空纜線形對溫度較敏感；溫度對懸索橋空纜線形的影響表現為線性相關。

表3 溫度荷載對跨中標高的影響

圖4 溫度荷載對跨中標高的影響

2.4 索股彈性模量對主纜線形的影響

索股的彈性模量會有一定波動。根據制造廠家現場試驗，該橋索股的彈性模量為1.98×105MPa。取彈性模量為1.94×105～2.02×105MPa，分析彈性模量變化對主纜空纜線形的影響。如表4所示，彈性模量變化1%時，跨中標高變化約27 mm，大跨徑懸索橋主纜空纜線形對主纜彈性模量較敏感；主纜彈性模量對懸索橋空纜線形的影響表現為線性相關。

3 結論

(1)大跨徑懸索橋中主纜空纜線形對溫度和主纜彈性模量較敏感，主纜架設前需測試主纜的彈性模量，施工過程中需及時監測索股溫度，以準確有效地控制主纜線形；而主纜無應力長度及主跨跨度對主纜空纜線形的影響較小。

表4 主纜彈性模量對跨中標高的影響

(2) 溫度、主纜彈性模量、主纜無應力長度及主跨跨度對懸索橋主纜空纜線形的影響均表現為線性相關。