地錨式懸索橋主纜成橋線形參數(shù)敏感性分析

唐林平

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430000）

0 引言

在懸索橋的施工過程中，其成橋線形主要以主纜線形控制為主[1]；影響懸索橋成橋線形的因素較多且復(fù)雜，如結(jié)構(gòu)自身重量，結(jié)構(gòu)截面特性、幾何參數(shù)等。這些影響因素的變化會(huì)使得懸索橋成橋狀態(tài)下線形與設(shè)計(jì)線形存在差異[2]。本文通過選取部分參數(shù)如：主纜、主塔、主梁的剛度及其自重，吊桿的抗拉剛度，主纜的架設(shè)長(zhǎng)度，橋面二期重量，成橋錨跨張力，吊桿制作長(zhǎng)度，分析所選取參數(shù)變化時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)下線形的影響。

1 工程概況

某懸索橋?yàn)橹骺?39m 的單跨簡(jiǎn)支鋼箱加勁梁懸索橋，南邊跨跨度為221m，北邊跨跨度為205m；中跨理論垂度為81.113m，垂跨比為1:9.11。南、北橋塔為鋼筋混凝土門形框架，南塔高140m，北塔高146.5m。橋型布置如圖1 所示。

圖1 主橋橋型布置圖（m）

2 材料特性參數(shù)敏感性分析

懸索橋成橋線形極易受構(gòu)件的材料特性參數(shù)變化的影響，其實(shí)際成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)理想狀態(tài)之間的差異不可避免[3，4]。準(zhǔn)確找出對(duì)成橋線形影響較大的參數(shù)，并在施工過程中對(duì)其加以控制，可以使得懸索橋成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)理想狀態(tài)之間的差異盡可能減小。

2.1 主纜抗拉剛度及自重 主纜的抗拉剛度由材料的彈性模量E 和截面特性決定[5]，因此可以通過改變彈性模量來改變抗拉剛度。分別增加主纜抗拉剛度和自重的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其主纜成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 主纜線形差值示意圖

由圖2 可以看出，隨著主纜抗拉剛度的增加，主纜中跨成橋線形均高于改變前，主纜邊跨的成橋線形變化較小，主纜抗拉剛度增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為574.3mm；隨著主纜自重的增加，主纜中跨、邊跨成橋線形均低于改變前，主纜自重增加10%時(shí)，差值最大為-70mm。

2.2 主塔剛度及自重 分別增加主塔剛度和自重的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其主纜成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖3。

圖3 主纜線形差值示意圖

由圖3 可以看出，隨著主塔剛度的增加，主纜中跨、邊跨均高于改變前。隨著主塔自重的增加，主纜中跨、邊跨的成橋線形均低于改變前。主塔剛度增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為8.1mm；主塔自重增加10%時(shí)，差值最大為-3.2mm。由此可見，主塔剛度和自重對(duì)主纜成橋線形的影響較小。

2.3 主梁剛度及其自重 分別增加主梁剛度和自重的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖4。

圖4 主纜線形差值示意圖

由圖4 可以看出，隨著主梁剛度的增加，主纜中跨跨中部分成橋線形均低于改變前，靠近主塔部分成橋線形均高于改變前，主纜邊跨的成橋線形變化較小。隨著主梁自重的增加，主纜中跨和主梁的成橋線形均低于改變前，主纜邊跨成橋線形高于改變前。主梁剛度增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為-0.7mm，由此可見，主梁剛度對(duì)成橋線形影響的影響非常小；主梁自重增加10%時(shí)，差值最大為-401.7mm，主梁自重對(duì)成橋線形影響非常大。

2.4 吊桿抗拉剛度 分別增加吊桿的抗拉剛度的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 主纜線形差值示意圖

由圖5 可以看出，隨著吊桿抗拉剛度的增加，主纜中跨跨中部分成橋線形高于改變前，靠近主塔部分成橋線形低于改變前，主纜邊跨的成橋線形變化較小。吊桿抗拉剛度增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為-0.06mm。由此可見，吊桿抗拉剛度對(duì)主纜的成橋線形的影響非常小。

3 施工參數(shù)敏感性分析

3.1 主纜架設(shè)長(zhǎng)度 空纜線形是決定成橋線形非常重要的影響因素，若其發(fā)生變化，則整個(gè)結(jié)構(gòu)的成橋線形也會(huì)發(fā)生較大變化。以50mm 為間隔，分別增加主纜總的無應(yīng)力長(zhǎng)度50mm～250mm 與500mm，并使增加的長(zhǎng)度均勻地分布到整個(gè)主纜，計(jì)算改變前后其成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖6。

圖6 主纜線形差值示意圖

由圖6 可以看出，隨著主纜架設(shè)無應(yīng)力長(zhǎng)度誤差的增加，主纜中跨成橋線形低于改變前，主纜邊跨的成橋線形變化較小。主纜架設(shè)無應(yīng)力長(zhǎng)度誤差為500mm 時(shí)，主纜線形差值最大為-641.3mm。由此可見，空纜線形的架設(shè)精度對(duì)成橋線形有較大的影響。

3.2 二期重量 分別增加成橋狀態(tài)下二期重量的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖7。

圖7 主纜線形差值示意圖

由圖7 可以看出，隨著橋面二期鋪裝重量的增加，主纜中跨成橋線形低于改變前，主纜邊跨成橋線形高于改變前。橋面二期鋪裝的重量增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為-152.9mm。由此可見，橋面二期鋪裝重量的大小對(duì)成橋線形的影響非常大。

3.3 成橋錨跨張力 與懸索橋其他跨的控制原則不同，其錨跨的控制主要是以其錨跨索股張力作為控制參數(shù)。成橋狀態(tài)下錨跨張力的大小決定成橋后結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與成橋線形。分別增加成橋狀態(tài)下每根錨跨索股張力的1%～5%與10%，計(jì)算改變前后其主纜成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖8。

圖8 主纜線形差值示意圖

由圖8 可以看出，隨著成橋狀態(tài)下錨跨索股張力的增加，主纜中跨成橋線形高于改變前，主纜邊跨的成橋線形低于改變前。成橋狀態(tài)下錨跨索股張力增加10%時(shí)，主纜線形差值最大為554.1mm。由此可見，成橋狀態(tài)下錨跨索股張力的大小對(duì)主纜成橋線形的影響非常大，需要嚴(yán)格控制。

3.4 吊桿制作長(zhǎng)度 吊桿長(zhǎng)度制作的準(zhǔn)確性也很大程度影響著結(jié)構(gòu)的成橋線形，以10mm 為間隔，分別增加每根吊桿的無應(yīng)力長(zhǎng)度10mm～50mm 與100mm，計(jì)算改變前后其成橋線形之間的差值，其計(jì)算結(jié)果見圖9。

圖9 主纜線形差值示意圖

由圖9 可以看出，隨著吊桿制作的無應(yīng)力長(zhǎng)度的增加，主纜中跨成橋線形低于改變前，主纜邊跨的成橋線形高于改變前。吊桿制作的無應(yīng)力長(zhǎng)度增加100mm 時(shí)，主纜線形差值為-0.1mm，由此可見，吊桿制作的無應(yīng)力長(zhǎng)度，對(duì)主纜成橋線形的影響非常小。

4 結(jié)語

本章以某懸索橋工程背景，建立有限元模型，展開大跨度懸索橋成橋線形影響參數(shù)的敏感性分析。通過選取主纜、主塔、主梁的剛度及其自重，吊桿抗拉剛度，主纜架設(shè)長(zhǎng)度，橋面二期重量，成橋錨跨張力，吊桿制作長(zhǎng)度作為分析參數(shù)，分析了所選取參數(shù)變化時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)下主纜線形的影響。通過研究分析得出以下結(jié)論：所選取的參數(shù)對(duì)懸索橋成橋線形都有一定的影響，其中主纜抗拉剛度與自重、主梁自重、主纜架設(shè)長(zhǎng)度、二期鋪裝重量、成橋錨跨張力對(duì)主纜成橋線形有較大的影響，因此施工時(shí)需要嚴(yán)格控制這些參數(shù)；主塔剛度與自重、主梁剛度、吊桿抗拉剛度、吊桿制作長(zhǎng)度對(duì)主纜成橋線形的影響較小。