阮猛　李鵬飛　王之強(qiáng)

【摘 要】文章以某大跨度矮塔斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象，分別選取塔墩梁全固結(jié)，墩梁分離、墩塔固結(jié)，塔梁固結(jié)、塔墩分離三種不同支撐體系進(jìn)行線形敏感參數(shù)研究，探究主梁剛度及容重、斜拉索剛度及容重、預(yù)應(yīng)力張拉力、溫度效應(yīng)對(duì)不同支撐體系下的線形影響程度。結(jié)果表明：塔墩梁全固結(jié)體系對(duì)溫度影響最為敏感，其余兩種體系對(duì)主梁容重最為敏感。主梁容重、預(yù)應(yīng)力張拉力、溫度是影響線形的關(guān)鍵控制參數(shù)，主梁剛度、斜拉索剛度及容重則對(duì)線形的影響較小。

【關(guān)鍵詞】矮塔斜拉橋; 支撐體系; 線形; 敏感性分析

【中圖分類號(hào)】U448.27【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁與斜拉橋之間的一種橋型，具有剛度大、跨越能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在我國得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。在矮塔斜拉橋建設(shè)時(shí)，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，結(jié)構(gòu)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)容易出現(xiàn)偏差，因此，準(zhǔn)確把握橋梁結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，找尋關(guān)鍵控制參數(shù)，是矮塔斜拉橋施工控制的重要任務(wù)[3-4]。同時(shí)，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足抗震性能的要求，往往會(huì)對(duì)邊界結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)橋梁關(guān)鍵控制參數(shù)產(chǎn)生影響[5]。因此，本文針對(duì)不同支撐體系的矮塔斜拉橋進(jìn)行分析，分別建立3種體系的有限元模型?？紤]主梁剛度及容重、斜拉索剛度及容重、預(yù)應(yīng)力荷載、溫度這些參數(shù)的影響，探究結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)不同支撐體系下的矮塔斜拉橋的線形影響程度，找尋關(guān)鍵控制參數(shù)，從而為類似工程提供參考。

1 工程概況與有限元模型

1.1 工程概況

本文以某3跨矮塔斜拉橋?yàn)榉治鰧?duì)象，對(duì)其進(jìn)行不同支撐體系下的參數(shù)敏感性分析。橋梁全長512 m，布置形式如圖1所示。其中，主梁為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力體系，主梁高度4～8.2 m，采用二次拋物線變化。橋塔采用矩形空心橋塔。橋墩采用矩形實(shí)心斷面，最大墩高95 m。斜拉橋采用扇形布置，共采用48對(duì)斜拉索，索間距7 m。

1.2 有限元模型與比較體系

采用MIDAS軟件進(jìn)行建模分析，主梁、橋墩均采用梁單元進(jìn)行模擬，斜拉橋采用桁架單元模擬。全橋共建立526個(gè)單元和368個(gè)節(jié)點(diǎn)，有限元模型如圖2所示。

為了考慮不同支撐體系的影響，分別選取塔墩梁固結(jié)（體系1），墩梁分離、墩塔固結(jié)（體系2），塔梁固結(jié)、塔墩分離（體系3），這3種支撐體系進(jìn)行比較分析，并對(duì)其邊界條件進(jìn)行模擬。邊界條件模擬方法見表1所示。

為了探究參數(shù)變化的影響，分別選取主梁彈模、主梁容重、斜拉索彈模、斜拉索容重、預(yù)應(yīng)力荷載、溫度這六個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。并選取在各自設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，增加5 %與減少5 %這兩個(gè)變化幅度進(jìn)行分析，分別計(jì)算這兩個(gè)變化幅度下橋梁撓度數(shù)值。結(jié)構(gòu)參數(shù)取值見表2所示。

2 不同支撐體系下的結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析

2.1 主梁剛度及容重

分別分析主梁剛度變化和容重變化對(duì)主梁撓度的影響。對(duì)主梁彈性模量進(jìn)行改變，從而模擬主梁剛度變化。從圖3可以看出，在3中支撐體系下，體系1即塔墩梁全固結(jié)體系下，主梁撓度隨著主梁剛度的變化其變化幅度最小;體系3即塔梁固結(jié)，塔墩分離體系下，主梁撓度隨著主梁剛度的變化其變化幅度最大。并且，對(duì)于不同的支撐體系，體系3具有最大的主梁撓度，同時(shí)對(duì)主梁剛度的變化也最敏感。

從圖4可以看出，在同一支撐體系下，主梁容重變化對(duì)主梁撓度的影響巨大，兩者最大差值達(dá)到109.16 mm。對(duì)于不同支撐體系，在體系3下主梁容重改變其對(duì)應(yīng)的主梁撓度幅值變化最為明顯，故主梁容重對(duì)支撐體系3最為敏感。

2.2 斜拉索剛度及容重

對(duì)拉索彈性模量進(jìn)行改變，以模擬拉索剛度變化，從而探究斜拉橋剛度變化對(duì)主梁撓度的影響。從圖5可以看出，對(duì)于相同支撐體系下，斜拉索剛度變化對(duì)主梁撓度的影響很小，最大差值為6.6 mm。在不同支撐體系下，拉索剛度變化對(duì)主梁撓度的影響均較小，說明斜拉索剛度對(duì)主梁撓度的影響不顯著。

對(duì)斜拉索容重進(jìn)行改變，探究其對(duì)主梁撓度的影響。如圖6所示，在不同支撐體系下，撓度隨著拉索容重的改變變化非常微小，因此表明拉索容重對(duì)線形的影響很小。這主要是因?yàn)樾崩鞯闹亓空忌喜拷Y(jié)構(gòu)總重量的比例很小，因此影響微弱。

2.3 預(yù)應(yīng)力效應(yīng)

探究主梁預(yù)應(yīng)力張拉力變化對(duì)主梁撓度的影響。從圖7可以看出，預(yù)應(yīng)力改變?cè)诓煌误w系下，對(duì)主梁撓度均有較大影響，最大變化幅度為61.47 mm，出現(xiàn)在體系2時(shí)。并且，對(duì)于同一支撐體系，從圖7可以看出，中跨撓度變化最為明顯，說明中跨線形控制極為重要。

2.4 溫度效應(yīng)

探究系統(tǒng)溫度改變對(duì)橋梁撓度的影響。從圖8可以看出，體系溫度變化對(duì)3種體系下的主梁撓度均有較大影響，最大撓度變化幅值為84.64 mm，發(fā)生在體系1中。同時(shí)，以上分析也可以說明，全固結(jié)體系對(duì)溫度的影響更為敏感，在施工控制中體系溫度的影響不可忽略。

2.5 參數(shù)敏感性分析

將以上各參數(shù)變化對(duì)主梁撓度的影響進(jìn)行匯總，如表3所示。從表3可以看出，主梁容重、預(yù)應(yīng)力荷載、溫度這三個(gè)參數(shù)對(duì)不同支撐體系下的主梁撓度均有較大的影響，這三個(gè)參數(shù)均可視為關(guān)鍵控制參數(shù)。其余參數(shù)對(duì)主梁撓度的影響較小，可視為不敏感參數(shù)。對(duì)于支撐體系1，主梁撓度對(duì)溫度的變化最為敏感，其次為主梁容重、預(yù)應(yīng)力荷載、主梁彈模、主梁容重;對(duì)于支撐體系2，主梁撓度對(duì)主梁容重最為敏感，其次為溫度、預(yù)應(yīng)力荷載、主梁彈模、斜拉索彈模;對(duì)于支撐體系3，主梁撓度對(duì)主梁容重最為敏感，其次為溫度、預(yù)應(yīng)力荷載、主梁彈模、斜拉索彈模。

4 結(jié)論

本文針對(duì)矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)參數(shù)特點(diǎn)，分別探究塔墩梁全固結(jié)，墩梁分離、墩塔固結(jié)，塔梁固結(jié)、塔墩分離，這三種支撐體系下的矮塔斜拉橋線形敏感參數(shù)，分析支撐體系對(duì)線形關(guān)鍵控制參數(shù)的影響。主要結(jié)論如下：

（1）主梁容重、預(yù)應(yīng)力荷載、溫度對(duì)于主梁撓度變化最為敏感，是施工控制中的關(guān)鍵參數(shù)，而主梁剛度、斜拉索剛度及容重則對(duì)撓度的影響較小，其為次要敏感參數(shù)。

（2）不同支撐體系對(duì)主梁撓度的關(guān)鍵控制參數(shù)影響較大，對(duì)于塔墩梁全固結(jié)體系，撓度對(duì)溫度變化最為敏感;對(duì)于墩梁分離、墩塔固結(jié)與塔梁固結(jié)、塔墩分離體系，撓度對(duì)主梁容重變化最為敏感。

（3）在施工控制中，應(yīng)特別注意混凝土超方，預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力以及合龍溫度的影響，應(yīng)該嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)值，控制模板變形量，預(yù)應(yīng)力張拉量，從而減小線形誤差。

（4）對(duì)不同支撐體系下的矮塔斜拉橋，其關(guān)鍵控制參數(shù)具有較大差別，應(yīng)注意橋梁支撐體系的影響，本文分析結(jié)果可為同類工程提出參考。

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[定稿日期]2021-01-26

[作者簡介]阮猛（1986～），男，本科，工程師，主要從事施工控制與管理工作;李鵬飛（1976～），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事施工控制與管理工作;王之強(qiáng)（1975～），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事施工控制與管理工作。