斜塔斜拉橋參數敏感性分析

楊清寶

(山西誠達公路勘察設計有限公司，山西太原 030600)

0 引言

實際監(jiān)控工作中不會出現監(jiān)測值與計算值完全吻合的情況，兩者偏離較大時就難以進行后續(xù)施工階段的預測，容易出現成橋狀態(tài)偏離設計較遠，這就需要進行誤差調整。誤差調整從兩方面著手，一方面盡可能消除測量噪聲［1］;另一方面要修正計算模型。計算模型的修正首先要進行參數識別，即參數敏感性分析，通過修正敏感參數忽略次要參數的影響，達到準確預測與監(jiān)控的目的。

城市景觀類中小跨徑斜拉橋不乏有采用滿堂支架施工的案例。斜拉橋施工方法和安裝過程與成橋后主梁線形和結構內力有密切關系，同時受混凝土徐變、收縮的影響，使斜拉橋在施工中受力十分復雜［2］。本文主要就主梁容重、整體升降溫、拉索施工張拉索力對斜塔斜拉橋成橋狀態(tài)的影響進行分析，并在新疆阿勒泰紅墩路跨河斜拉橋施工監(jiān)控中得到應用。

1 橋梁結構

1.1 橋梁概況

新疆阿勒泰紅墩路跨河斜拉橋主橋為塔梁墩固接的兩跨一聯獨斜塔單索面斜拉橋，跨徑布置為50.75m+20.25m，主梁為單箱三室預應力混凝土箱梁，標準梁高2.1m，最大梁高2.9m，橋面寬度24m，按3+7.5+3+7.5+3橫向布置橋面。

主塔高度27.45m，斜拉索采用平行鋼絞線，拉索梁端張拉，塔端采用分絲管與抗滑鍵進行錨固，全橋共設11對拉索。主梁采用滿堂支架施工，斜拉索全部張拉完成后方可拆除主梁下支架。

1.2 橋梁模型

全橋有限元模型采用橋梁通用空間有限元程序建立，一共劃分24個施工階段。主塔、主梁與主墩均采用梁單元進行模擬，拉索采用桁架單元進行模擬，索的非線性影響通過等效彈性模量進行折減［3］。塔梁墩共節(jié)點，支座及支架約束均采用只受壓彈性支撐進行模擬。施工階段按照實際施工步驟進行模擬。

建模基本參數:主塔容重為27.2kN/m3，彈性模量為3.5×104MPa;主梁容重為26.8kN/m3，彈性模量為3.4×104MPa;拉索容重為95.6kN/m3，線脹系數為1.0×10－5;混凝土收縮終值均為2.0，混凝土收縮徐變終值均為1.5×10－4;主梁預應力采用15.24號鋼絞線，彈性模量1.95×105MPa，張拉控制應力1395MPa，松弛率0.035，摩阻系數為 0.25，偏差系數為 0.001，錨具變形量為 0.006;大跨側支座彈簧常數為17899kN/m3，小跨側支座彈簧常數為10655kN/m3，主梁下支架彈簧常數為2518kN/m3。

2 參數敏感性分析

2.1 主梁容重敏感性分析

主梁素混凝土容重按實驗室試塊稱重得到，主梁容重計入配筋影響，取值為26.8kN/m3。考慮到施工中實際澆筑的混凝土與實驗室有差別，并按不利情況假設脹模、超方等因素引起主梁超重，換算成容重增大2%。主梁容重對成橋狀態(tài)主梁線形、主梁應力及拉索索力影響如圖1～圖3所示。

由圖中可看出，采用滿堂支架施工，掛索完成后方能拆除梁下支架的主梁，容重增大2%對成橋狀態(tài)主梁撓度最大影響約為4.5%，對主梁應力最大影響約為3.3%，對拉索索力最大影響約為0.32%。可見，滿堂支架法施工的斜塔斜拉橋主梁容重是成橋狀態(tài)非常敏感的參數。

2.2 整體升降溫敏感性分析

整體升降溫均按阿勒泰地區(qū)可能出現的最大年溫差來取值，其中整體升溫取為34℃，整體降溫取為46℃。整體升降溫對成橋狀態(tài)主梁線形、主梁應力以及拉索索力的影響如圖4～圖7所示。

以上分析可看出，整體升溫34℃與整體降溫46℃對成橋狀態(tài)主梁線形、主梁應力及拉索索力影響顯著。其中主梁撓度差值最大可達5.5mm，主梁應力差值最大為0.6MPa，索力最大影響量110kN。寒冷地區(qū)，年溫差大的情況下同類型橋梁的設計與施工應重視溫差影響。

2.3 拉索張拉索力敏感性分析

拉索張拉索力受張拉機具精度影響等，施工過程中會存在偏差。假設張拉索力存在±10%偏差，以設計張拉力計算得到的成橋狀態(tài)作為基準進行對比，影響分析如圖8～圖11所示。

圖8～圖11表明，索力增大(減小)10%引起主梁撓度差值絕對值最大為3.25mm，占成橋狀態(tài)15%;主梁應力差值絕對值最大為0.5MPa，占成橋狀態(tài)8.3%;拉索索力差值絕對值最大為240kN，占成橋狀態(tài)10%。拉索張拉索力是成橋狀態(tài)非常敏感的參數，施工中應嚴格控制誤差。

3 成橋狀態(tài)

明確各參數對目標值的敏感程度后可相應的對參數進行估計與修正。參數估計［4］是把實測數據(結果)作為已知量，把該結果的敏感性參數作為未知量進行反算，或者采用試算法多次試算得到參數的估計量并對模型進行修正。紅墩路跨河橋通過該方法進行施工監(jiān)控，使得施工成橋狀態(tài)與設計成橋狀態(tài)基本吻合，主梁標高誤差控制在5%以內，主梁與主塔應力狀態(tài)良好。成橋后的11對索力值見表1。

表1 成橋索力值

4 結語

1)通過對斜塔斜拉橋進行參數分析，以設計參數計算得到的成橋狀態(tài)為基準，比較參數變化時計算得到的主梁撓度、主梁應力以及拉索索力差值，得出該橋型的敏感性參數:主梁容重、整體升降溫、拉索索力。2)不計次要參數的影響，對敏感性參數做參數估計，將計算模型修正，同時盡可能的消除測量噪聲，控制計算值與實測值偏差范圍，達到控制橋梁結構的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)偏差的目的。3)將上述方法運用到新疆阿勒泰紅墩路跨河斜拉橋施工監(jiān)控中，取得了良好的效果。

［1］趙文武，幸克貴.預應力混凝土斜拉橋自適應施工控制分析［J］.工程力學，2006，23(2):78-83.

［2］劉旭政，黃平明，許漢錚.獨塔斜拉橋參數敏感性分析［J］.長安大學學報(自然科學版)，2007，27(6):63-66.

［3］蔣維剛，徐利平.超大跨徑斜拉橋受力特性分析［J］.山西建筑，2011，37(3):161-162.

［4］郝 超.大跨度鋼斜拉橋的施工監(jiān)控及其目標精度值［J］.中國公路學報，2003，16(1):54-57.

［5］顏東煌，文 鈺，劉光棟，等.斜拉橋的施工最優(yōu)控制［J］.國外公路，1999，19(3):53-58.