陳 泉

(湖南城市學(xué)院土木工程檢測(cè)中心，湖南 益陽(yáng) 413000)

橋梁工程

獨(dú)塔PC斜拉橋施工監(jiān)控中參數(shù)敏感性分析

陳 泉

(湖南城市學(xué)院土木工程檢測(cè)中心，湖南 益陽(yáng) 413000)

為對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋進(jìn)行更有效的施工監(jiān)控、準(zhǔn)確把握施工過(guò)程造成的偏差對(duì)成橋狀態(tài)的影響，需對(duì)橋梁施工過(guò)程中各可變參數(shù)對(duì)成橋狀態(tài)影響的敏感性進(jìn)行分析。以一座獨(dú)塔PC斜拉橋?yàn)槔?，?duì)橋梁模型中結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，分析了橋梁結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力損失等因素對(duì)成橋狀態(tài)的影響。分析結(jié)果表明主梁自重變化、預(yù)應(yīng)力損失和環(huán)境相對(duì)濕度變化對(duì)橋梁成橋狀態(tài)影響較大，而環(huán)境溫度變化對(duì)橋梁成橋狀態(tài)的影響較小。

斜拉橋；影響參數(shù)；敏感性分析；成橋狀態(tài)；施工監(jiān)控

1 工程概況

某獨(dú)塔雙索面PC斜拉橋設(shè)計(jì)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(qū))+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(qū))。主梁采用雙向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為雙邊肋主梁，標(biāo)準(zhǔn)段主梁肋內(nèi)、外側(cè)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(shè)有長(zhǎng)度22 m的直線過(guò)渡段。索塔采用拱型索塔，橫向?qū)挾?.0 m，上塔柱縱向?qū)挾葹? 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(tái)由C40水泥混凝土澆筑。全橋斜拉索采用1 860級(jí)15.2 mm環(huán)氧噴涂鋼絞線，拉索主要有四種規(guī)格。

2 有限元模型

采用通用有限元軟件建立模型進(jìn)行分析。采用空間梁?jiǎn)卧M梁、主塔；斜拉索忽略垂度效應(yīng)，采用空間只受拉桁架單元進(jìn)行模擬；主梁劃分112個(gè)單元，橋塔劃分100個(gè)單元，斜拉索共劃分60個(gè)單元。主梁施工采用滿堂支架施工，滿堂支架采用主梁的節(jié)點(diǎn)彈性支承(只受壓)進(jìn)行模擬；支座采用只受壓的彈性單元進(jìn)行模擬；墩柱和主塔底端采用固結(jié)。

3 參數(shù)敏感性分析主要內(nèi)容

結(jié)合該橋的實(shí)際施工過(guò)程，以自重變化、預(yù)應(yīng)力損失、橋梁環(huán)境濕度、整體溫差4類參數(shù)的變化作為主要分析內(nèi)容，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)及其變化見表1，表中“±”表示增、減。計(jì)算時(shí)僅變化需要討論的參數(shù)，將結(jié)果與基本狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，考慮到本橋是左右完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，兩邊的荷載也保持一致，故主塔的偏位不會(huì)存在差異，故對(duì)比結(jié)果的參數(shù)為主梁線形、斜拉索索力、主梁應(yīng)力。

表1 結(jié)構(gòu)主要參數(shù)及變化模式

4 參數(shù)敏感性分析結(jié)果

4.1 梁段自重敏感性分析

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)實(shí)際施工過(guò)程中，梁段重量超出設(shè)計(jì)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(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 梁段自重變化與成橋狀態(tài)下拉索索力 及主梁撓度變化關(guān)系

圖2 梁段自重變化與成橋狀態(tài)下主梁截面 上、下緣應(yīng)力變化關(guān)系

由圖1～2可知，梁段自重變化對(duì)成橋狀態(tài)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(duì)跨中拉索索力影響略大于兩端拉索索力，其對(duì)跨中拉索索力影響最大；在梁段自重變化時(shí)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(shí)主梁截面應(yīng)力在主梁30 m附近變化最大，最大變化量為0.9 MPa，且對(duì)主梁下緣應(yīng)力的影響大于上緣應(yīng)力；隨著梁段自重的變化，主梁同時(shí)存在應(yīng)力增加及應(yīng)力減小區(qū)段，但在主梁60～70 m區(qū)域應(yīng)力變化量相對(duì)較小。

4.2 預(yù)應(yīng)力損失敏感性分析

在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工中由于存在一些導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的意外情況，導(dǎo)致構(gòu)件實(shí)際預(yù)應(yīng)力損失往往大于規(guī)范允許值。為了分析預(yù)應(yīng)力損失的影響，分別以損失5%，10%，15%三種情況，進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 預(yù)應(yīng)力損失與成橋狀態(tài)下主梁撓度變化關(guān)系

圖4 預(yù)應(yīng)力損失與成橋狀態(tài)下主梁應(yīng)力變化關(guān)系

由圖3～4可知，預(yù)應(yīng)力損失對(duì)成橋狀態(tài)主梁的撓度與應(yīng)力均有較大影響。

(1)成橋狀態(tài)下主梁撓度與預(yù)應(yīng)力損失的大小接近正比例關(guān)系；在成橋狀態(tài)下其撓度最大變化量發(fā)生在主梁40 m附近，當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失15%時(shí)其成橋狀態(tài)下?lián)隙茸畲笞兓繛?0.6 mm。

(2)預(yù)應(yīng)力損失對(duì)成橋狀態(tài)下主梁的影響也與預(yù)應(yīng)力鋼絞線的安放位置有關(guān)；預(yù)應(yīng)力損失對(duì)主梁上緣應(yīng)力的影響主要集中在端部；對(duì)主梁下緣應(yīng)力的影響主要集中在中部，其顯著影響區(qū)域?yàn)橹髁?0 m左右；同時(shí)預(yù)應(yīng)力損失對(duì)成橋狀態(tài)下主梁下緣應(yīng)力的影響明顯大于對(duì)上緣應(yīng)力的影響。

4.3 環(huán)境濕度敏感性分析

混凝土收縮徐變需按照相關(guān)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，其大小與截面特性、環(huán)境濕度條件有關(guān)。本文中將環(huán)境濕度條件作為可變因素，分別考慮相對(duì)濕度50%、60%、80%、90%四種情況，進(jìn)行對(duì)比分析。

圖5 相對(duì)濕度變化與成橋狀態(tài)下拉索 索力、主梁撓度變化關(guān)系

由圖5可知，當(dāng)所處環(huán)境濕度越小，成橋狀態(tài)下拉索索力、主梁撓度就越小；當(dāng)所處環(huán)境濕度越大，成橋狀態(tài)下拉索索力、主梁撓度就越大；所處環(huán)境濕度變化對(duì)成橋狀態(tài)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(duì)成橋狀態(tài)下主梁跨中拉索索力的影響很??；成橋狀態(tài)下主梁撓度最大變化值發(fā)生在主梁30 m附近，其最大撓度變化量為8.6 mm。

4.4 環(huán)境溫度變化敏感性分析

本文中假設(shè)結(jié)構(gòu)溫度升高15、25 ℃，溫度降低15、25 ℃四種情況來(lái)模擬整體溫差，進(jìn)行對(duì)比分析。

圖6 環(huán)境溫度變化與成橋狀態(tài)下拉索索力、主梁撓度變化關(guān)系

通過(guò)圖6分析可得：結(jié)構(gòu)整體溫度降低對(duì)橋梁拉索索力影響較大，結(jié)構(gòu)整體溫度降低25 ℃造成的拉索索力增大68 kN；同樣結(jié)構(gòu)整體溫度降低對(duì)主梁撓度的也有影響，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體溫度升高會(huì)造成主梁撓度整體上升，整體溫度升高并不會(huì)對(duì)拉索索力造成影響，索力差始終為零。相較于梁段自重、預(yù)應(yīng)力損失、環(huán)境相對(duì)濕度，環(huán)境溫度的變化對(duì)成橋狀態(tài)的影響較小。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋成橋狀態(tài)下受力情況有影響的主要參數(shù)進(jìn)行敏感性分析得出以下結(jié)論。

(1)主梁梁段自重的變化對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋成橋狀態(tài)下的主梁線形、主梁截面應(yīng)力、拉索索力有較顯著影響，這是因?yàn)楦淖兞憾巫灾鼐椭苯痈淖兞私Y(jié)構(gòu)恒載大小，所以對(duì)結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)有較大影響。

(2)梁段自重的變化、環(huán)境相對(duì)濕度的變化、結(jié)構(gòu)整體溫度降低對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋成橋狀態(tài)下拉索索力也有較大影響。

(3)梁段自重的變化、預(yù)應(yīng)力損失、環(huán)境相對(duì)濕度的變化對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋的成橋狀態(tài)下主梁線形有較為顯著的影響，上述參數(shù)需在施工監(jiān)控過(guò)程中作為重點(diǎn)控制對(duì)象予以監(jiān)控。

(4)預(yù)應(yīng)力損失、梁段自重變化對(duì)獨(dú)塔PC斜拉橋成橋狀態(tài)下主梁截面應(yīng)力有較為顯著的影響，上述參數(shù)也需在施工監(jiān)控過(guò)程中應(yīng)作為重點(diǎn)控制對(duì)象予以監(jiān)控。

[1] 王生武,項(xiàng)純夫,李騰騰,等.異形獨(dú)塔斜拉橋參數(shù)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(guò)程幾何控制概論及應(yīng)用[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社,2009.

[3.] 蘇成,范學(xué)明.斜拉橋施工控制參數(shù)靈敏度與可靠度分析[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 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(yáng)人，工程師，研究方向：橋梁檢測(cè)。