柴生波， 楊清華 ， 王秀蘭 ， 余永亮， 莊宏飛

(1.西安科技大學建筑與土木工程學院， 西安 710054； 2.西雙版納瀾滄江黎明大橋建設指揮部， 西雙版納 666100)

鋼箱系桿拱橋跨越能力較大、景觀效果好，同時鋼結構橋梁具有施工周期短、建筑高度小等優(yōu)點，使得該類橋型得到了廣泛的應用。隨著中承式鋼箱系桿拱橋跨徑不斷增大，對高強度材料及薄壁結構的運用不斷增多，結構穩(wěn)定問題日益凸顯[1-3]。由于本橋受跨徑較大、橫向剛度較弱、橋址水文環(huán)境復雜及鋼拱肋纜索吊裝施工拱肋懸臂長度較大等因素影響，其施工階段全過程穩(wěn)定性問題極為突出。同時，結構的穩(wěn)定問題是安全與經(jīng)濟的主要問題之一，其與強度等問題具有同等重要的意義。因此，開展該類橋梁施工階段全過程的穩(wěn)定性研究，揭示相關因素對結構穩(wěn)定性的影響，確保施工階段全過程結構的安全與質量有重要意義。

中外由橋梁失穩(wěn)導致的工程問題時有發(fā)生，大量學者針對不同形式拱橋的穩(wěn)定性開展了大量研究。施洲等[3]基于洪奇瀝水道特大橋，分析了大跨度下承式鋼桁架柔性拱橋施工階段和運營階段考慮結構的幾何初始偏位、雙重非線性以及溫度因素對結構穩(wěn)定性分析的影響，分析得出各因素對結構穩(wěn)定的影響程度。陳佳等[4]以一座500 m跨度上承式鋼管混凝土 桁式拱橋為對象，分析對比了第一類穩(wěn)定和第二類穩(wěn)定的安全系數(shù)、失穩(wěn)模態(tài)，探討了初始缺陷、混凝土強度、拱肋截面含鋼率等因素對上承式鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性的影響。謝肖禮等[5]針對拱橋隨著跨徑增大穩(wěn)定性下降等問題，提出了在主梁和拱肋之間加入剛性桿件形成三角網(wǎng)的解決方案。結果表明：該方案拱橋強度、剛度、穩(wěn)定性及動力特性均滿足要求，較傳統(tǒng)拱橋具有更好的力學性能及經(jīng)濟性。呂梁等[6]以云桂鐵路南盤江特大橋為工程背景，考慮幾何與材料非線性的影響，計算施工全過程共46個工況下的結構非線性穩(wěn)定系數(shù)，并評估主拱圈在施工過程中的變化趨勢。彭文韜等[7]以武漢市一座大跨度鋼箱形提籃拱橋為工程背景，分別進行了線彈性穩(wěn)定分析、幾何非線性分析、材料非線性分析以及幾何材料雙重非線性分析，結果表明穩(wěn)定分析時應綜合考慮幾何和材料雙重非線性的影響。李春明等[8]為確保石拱橋不因左側基礎下沉引起拱橋破壞，基于實測拱橋變形數(shù)據(jù)，采用MATLAB 軟件擬合拱橋形狀的數(shù)學表達式，通過離散元軟件分析加固條件和非加固條件下石拱橋的穩(wěn)定性及破壞條件。郝聶冰等[9]為了分析非線性對特大跨徑鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝期間線形影響，對拱肋吊裝不同階段的受力特性進行了研究；推導了在不同結構體系下拱肋線形計算公式，并通過對波司登大橋的計算與工程實踐，對這種現(xiàn)象以及產生原因進行了驗證。彭桂瀚等[10]以中承式蝴蝶形系桿拱橋余信貴大橋為工程背景，對不同荷載作用、矢跨比、主拱傾角、拱肋連桿位置及構件剛度等參數(shù)對結構穩(wěn)定性的影響進行分析，提出了相關參數(shù)的優(yōu)化措施。以上研究主要針對鋼管混凝土、石拱橋及鋼桁梁拱橋的穩(wěn)定性研究，針對大跨徑鋼箱系桿拱橋施工階段全過程穩(wěn)定性變化規(guī)律的研究較少。由于本橋拱肋纜索吊裝等施工階段穩(wěn)定問題突出，故在典型荷載工況下對結構施工階段全過程的穩(wěn)定分析具有重要意義。

因此，現(xiàn)基于西雙版納瀾滄江黎明大橋項目，分析其施工階段全過程穩(wěn)定性，并研究考慮初始缺陷的幾何非線性、材料非線性及風撐、臨時風撐、吊桿非保向力等因素對結構施工階段穩(wěn)定性的影響，其結果可為同類結構的施工與設計提供參考。

1 穩(wěn)定理論分析方法

大跨徑系桿拱橋中，拱肋作為主要的受壓構件，其穩(wěn)定性成為該類橋梁穩(wěn)定問題的關鍵。系桿拱橋的失穩(wěn)可分為兩類：第一類穩(wěn)定問題(分支點失穩(wěn))和第二類穩(wěn)定問題(極值點失穩(wěn))。

第一類穩(wěn)定(彈性穩(wěn)定分析)常用于預測理想彈性結構的理論屈服強度，其忽略了非線性因素和初始缺陷對穩(wěn)定性的影響，但其計算簡化效率提高，臨界荷載可近似代表實際結構相應第二類穩(wěn)定的荷載上限，同時失穩(wěn)模態(tài)形狀可作為非線性穩(wěn)定分析的幾何初始缺陷，故其在理論分析中占據(jù)重要作用。本文首先針對該橋施工階段進行第一類穩(wěn)定分析，探討系桿拱橋穩(wěn)定性影響因素，同時還將非線性的影響計入其中，進行二類穩(wěn)定分析，分析最不利施工階段兩類穩(wěn)定分析的差異[10]。

根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，用有限元平衡方程表達結構第一類穩(wěn)定問題的失穩(wěn)現(xiàn)象，其結構彈性穩(wěn)定平衡方程為

(K+Kσ)Δu=ΔR

(1)

式(1)中：K為彈性剛度矩陣；Kσ為幾何剛度矩陣；Δu為結構的位移；ΔR為結構的荷載增量。當結構處在臨界荷載狀態(tài)時，即使ΔR→0，Δu也有非零解，按線型代數(shù)理論，必有

|K+Kσ|=0

(2)

(3)

故式(3)可寫為

(4)

式(4)中：λ為恒載的穩(wěn)定安全系數(shù)。

式(4)為第一類穩(wěn)定問題的控制方程，穩(wěn)定問題轉化為求解方程的最小特征值問題[1]。

第二類穩(wěn)定問題計入非線性的作用，其幾何非線性作用屬于彈性大變形問題，結構的非線性穩(wěn)定平衡方程為

(K0+KL+Kσ)Δu=ΔR

(5)

式(5)中:K0為小位移彈性剛度矩陣；KL為初位移剛度矩陣；Kσ為初應力矩陣。

非線性方程組常采用荷載增量法求解，利用自修正Euler法求解，當荷載增量步數(shù)設置較細時，可偏安全的認為前一級荷載為拱橋極限承載力，避免計算更復雜[11-14]。

2 工程實例

2.1 工程概況

西雙版納瀾滄江黎明大橋采用中承式鋼箱系桿拱橋，跨徑布置為65 m+310 m+65 m，主跨區(qū)段橋寬為35.6 m，飛燕段橋寬漸變?yōu)?0 m，雙向六車道設計，主橋縱坡為雙向1.141%，橫坡為雙向2%，主梁采用格構梁形式，格構梁采用Q345qC鋼材。

黎明大橋主拱肋計算跨徑310 m，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=2.2，矢高77.5 m，矢跨比1/4；飛燕段拱肋為失高28.92 m、拱軸系數(shù)m=8.5的半拱，總體布置如圖1所示。本橋拱肋共計29個節(jié)段，包括：混凝土拱段2段、鋼混結合段2段、鋼箱拱段共25段。主拱肋截面寬度為3.0 m，拱腳至拱底鋼箱高度沿拱軸線由5 m線性漸變?yōu)? m。鋼拱肋之間共布設6道一字形風撐，確保拱肋施工與運營階段結構的橫向穩(wěn)定，拱肋立面如圖2所示。鋼箱拱段采用纜索吊裝施工方案，飛燕段拱肋采用支架現(xiàn)澆，鋼拱肋采用Q345qC鋼材，飛燕及混凝土拱肋采用C60混凝土，拱座采用C50混凝土。

圖1 黎明大橋總體布置圖Fig.1 General layout of Liming bridge

本橋拱肋共布設22對吊桿，采用雙吊桿設計，材料采用7-73平行鋼絲拉索，索體采用標準強度1 860 MPa鍍鋅鋼絲，吊桿縱向間距10.8 m，兩側吊桿中心處橫向間距26.5 m。同時，該橋單側設置10束15-55防腐型整束可調可換鋼絞線系桿，索體采用鍍鋅鋼絞線，全橋共設置20束，設計按體外束方式布設。

2.2 有限元計算模型

采用有限元分析軟件Midas Civil對黎明大橋進行全橋穩(wěn)定性分析，全橋整體模型中拱肋、主梁、橫撐、拱上立柱及索塔均采用梁單元模擬，吊桿、系桿、纜索吊裝扣索、抗風纜索均采用桁架單元模擬，橋面板采用施工階段聯(lián)合截面進行模擬。模型中共包含節(jié)點6 180個，桁架單元408個，梁單元8 426個，板單元696個，全橋整體計算模型如圖3所示。該橋進行施工階段全過程穩(wěn)定性分析時荷載工況采用：恒荷載+風荷載作用，各構件極限風荷載根據(jù)規(guī)范[15]要求計算取值。

圖2 黎明大橋主拱肋立面圖Fig.2 Elevation of main arch rib of Liming bridge

圖3 全橋整體模型Fig.3 Whole bridge model

3 施工階段穩(wěn)定分析

西雙版納瀾滄江黎明大橋飛燕及主拱混凝土采用支架現(xiàn)澆施工，鋼箱拱肋及格構梁采用纜索吊裝施工。該橋跨徑較大、施工影響因素較多，同時還面臨鋼箱拱肋纜索吊裝時拱肋懸臂長度較大等施工階段穩(wěn)定問題，故針對該橋施工全過程穩(wěn)定性的分析顯得極為重要，以此確保施工期間的穩(wěn)定性滿足要求。通過有限元軟件對結構的施工階段全過程穩(wěn)定性開展第一類穩(wěn)定與第二類穩(wěn)定分析。

3.1 第一類穩(wěn)定分析

針對該橋的第一類穩(wěn)定問題，本文采用有限元分析軟件對結構施工階段全過程進行彈性穩(wěn)定分析，通過穩(wěn)定分析計算，研究本橋施工過程中穩(wěn)定問題最為突出的施工階段，進而針對性分析各類影響因素對結構施工階段穩(wěn)定性的影響。針對本橋施工階段全過程穩(wěn)定性分析時，模型荷載工況為：恒荷載+風荷載，其計算結果如圖4所示。

CS6為吊裝拱肋04階段；CS9為吊裝拱肋07階段；CS13為吊裝拱肋11階段；CS15為拱肋合攏施工圖4 施工階段全過程穩(wěn)定系數(shù)Fig.4 Stability coefficient during the whole construction phase

由圖4可知：

(1)本橋施工階段全過程穩(wěn)定系數(shù)均大于4，滿足該類橋第一類穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)范[11]要求。

(2)拱肋合攏前，纜索吊裝施工階段穩(wěn)定系數(shù)大多為8.74～24.76，但吊裝拱肋04、07、11節(jié)段(CS6、CS9、CS13)結構的穩(wěn)定系數(shù)驟降，降低至4.54～5.86。造成上述突變的原因為吊裝拱肋時，相應節(jié)段距永久風撐距離增大，導致拱肋懸臂長度較大，致使其穩(wěn)定性較低；吊裝時拱肋懸臂長度不斷變化使不同施工階段穩(wěn)定性差異較大，故可知永久風撐對纜索吊裝施工階段穩(wěn)定性影響較大，需針對性關注結構最不利施工階段穩(wěn)定性，并采取適當措施確保其施工安全，后文將探索相關因素對該階段穩(wěn)定性的影響程度。

(3)拱肋合攏后，由于主拱肋松弛吊索，隨著拱肋承擔的荷載逐漸增加，結構的穩(wěn)定系數(shù)有一定程度的降低，但各施工階段穩(wěn)定系數(shù)乃滿足規(guī)范要求，其值為7.08～9.75，故該階段施工穩(wěn)定性較好。

3.2 第二類穩(wěn)定分析

由第一類穩(wěn)定分析可知，該橋施工全過程中，纜索吊裝拱肋04、07、11節(jié)段穩(wěn)定性較低，選取最不利施工階段進行非線性穩(wěn)定分析，對比考慮結構初始缺陷的幾何非線性、同時考慮幾何非線性與材料非線性的雙重非線性對結構施工階段穩(wěn)定性的影響。非線性分析時選取施工階段最不利荷載工況(恒荷載+風荷載)，其計算結果如圖5所示。

圖5 第二類穩(wěn)定施工階段穩(wěn)定系數(shù)Fig.5 The second type of stable construction stage stability coefficient

由柱狀圖5可知，僅考慮幾何非線性對結構穩(wěn)定性的影響較小，穩(wěn)定系數(shù)降低7%～8%；在考慮幾何及材料雙重非線性后，施工階段穩(wěn)定性下降明顯，較彈性穩(wěn)定分析降低49.67%～52.05%，較幾何非線性降低45.95%～48.53%，但施工階段穩(wěn)定系數(shù)均大于1.75，滿足規(guī)范[12]非線性穩(wěn)定分析要求，故材料非線性對結構穩(wěn)定性的影響大于幾何非線性。因此，在針對大跨徑鋼箱系桿拱橋穩(wěn)定分析時，彈性穩(wěn)定分析與僅考慮幾何非線性的穩(wěn)定分析較為理想，實際工程穩(wěn)定分析時需根據(jù)實際需要考慮幾何非線性及材料非線性的影響。

4 穩(wěn)定影響參數(shù)分析

4.1 永久風撐數(shù)量及形式的影響

本橋主拱肋共設置6道一字永久風撐，位于拱肋05、08、12節(jié)段。分別采用3種不同截面和厚度的箱型鋼結構一字撐。同時，拱梁相交處設置一道混凝土橫系梁，沿跨中兩側對稱布設于混凝土拱肋。由于本橋主拱圈采用纜索吊裝施工，其吊裝過程主拱肋的穩(wěn)定問題極為突出，針對永久風撐對施工過程穩(wěn)定性影響程度的探索顯得極為重要。

4.1.1 永久風撐數(shù)量的影響

本橋基準設計時拱肋間共布設6道一字風撐，為分析永久風撐數(shù)量對其施工階段全過程穩(wěn)定性的影響，建立12道一字永久風撐對比模型，較本橋設計在拱肋03、06、10節(jié)段增設永久風撐，以此研究永久風撐布設數(shù)量對施工階段穩(wěn)定性的影響，其計算結果如圖6所示。

由圖6可知，在03、06、10拱肋節(jié)段增設永久風撐，有效縮短04、07、11拱肋吊裝時懸臂長度，拱肋合攏前穩(wěn)定系數(shù)最小值由4.51提升至11.55，故風撐數(shù)量增加能有效提高纜索吊裝最不利施工階段定性，針對穩(wěn)定系數(shù)較高的纜索吊裝階段穩(wěn)定性影響有限；拱肋合攏后，風撐數(shù)量能顯著提高施工階段穩(wěn)定性，風撐數(shù)量越多穩(wěn)定性提高越顯著。故風撐數(shù)量能顯著提高中承式鋼箱系桿拱橋施工階段穩(wěn)定性。

CS6為吊裝拱肋04階段；CS9為吊裝拱肋07階段；CS13為吊裝拱肋11階段；CS15為拱肋合攏施工穩(wěn)圖6 不同數(shù)量永久風撐施工階段穩(wěn)定系數(shù)Fig.6 Stability coefficient of different numbers of permanent wind bracing during construction stage

4.1.2 永久風撐形式的影響

風撐常用的3種形式：一字風撐、K字風撐和米字風撐，本橋采用6道一字永久風撐，拱頂兩側對稱布置3道風撐。為探究不同永久風撐形式對結構穩(wěn)定性的影響，建立三組對照模型。將本橋基準模型中的一字風撐在原有位置替換為同種材料與截面的K字風撐和米字風撐，研究永久風撐形式對結構施工階段穩(wěn)定性的影響，計算結果如圖7所示。

CS6為吊裝拱肋04階段；CS9為吊裝拱肋07階段；CS13為吊裝拱肋11階段；CS15為拱肋合攏施工圖7 永久風撐形式變化后施工階段穩(wěn)定系數(shù)Fig.7 Stability coefficient of construction stage after permanent wind bracing changes

由圖7可知：

(1)拱肋合攏前，改變永久風撐的形式僅能提高少數(shù)穩(wěn)定系數(shù)較低施工階段的穩(wěn)定性。拱肋合攏后，風撐形式對結構施工階段穩(wěn)定性的影響十分顯著。

(2)三種風撐形式對結構施工階段及成橋階段穩(wěn)定系數(shù)的影響程度：米字風撐>K字風撐>一字風撐。

(3)相比一字鳳撐，采用K字風撐拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性平均提高8.29%；米字風撐對拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性提高最為顯著，較K字風撐提高10.36%。

永久風撐的連接對拱肋的抗彎剛度起到了關鍵作用，增大了拱圈結構的橫向剛度，且K字風撐與米字風撐較一字撐提高了拱肋斜向支撐剛度，因此提高了結構施工階段和成橋階段的結構穩(wěn)定性。在大跨徑拱橋風撐形式的選用時，不僅需考慮永久風撐形式對成橋階段穩(wěn)定性的影響，還需關注永久風撐形式對施工階段穩(wěn)定性的影響，根據(jù)實際需要選用適宜的風撐形式。

4.2 臨時風撐的影響

大跨徑拱橋纜索吊裝過程中的穩(wěn)定問題較為突出，常采用布設臨時風撐確保吊裝施工時結構的穩(wěn)定性。為探究臨時風撐及其形式對拱肋吊裝最不利施工階段的影響程度，分別建立4組對照模型：未布設臨時風撐、布設一字臨時風撐、K字臨時風撐、米字臨時風撐。吊裝施工階段，每吊裝一節(jié)段拱肋時在其懸臂最前端布設臨時風撐并拆除上一節(jié)段臨時風撐，以此循環(huán)至拱肋合攏，臨時風撐形式如圖8所示。

分析4種模型中拱肋吊裝最不利施工階段的穩(wěn)定分析計算結果如表1所示。

圖8 臨時風撐形式Fig.8 Temporary wind bracing

表1 不同臨時風撐拱肋吊裝施工階段的穩(wěn)定系數(shù)Table 1 The stability coefficient of different temporary wind support arch ribs during hoisting construction

(1)布設臨時風撐的影響。由表1可知，未布設臨時風撐時拱肋吊裝最不利施工階段穩(wěn)定系數(shù)相對較小，而布設臨時風撐后，施工中的拱肋橫向穩(wěn)定及整體剛度得到較大提升，相應施工階段的穩(wěn)定系數(shù)提高極為明顯；但布設臨時風撐對提升主拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性無明顯影響。因此，大跨徑拱橋拱肋纜索吊裝施工過程中，可不增設永久風撐，而通過布設臨時風撐提升吊裝施工階段結構的穩(wěn)定性，進而節(jié)約成本。

(2)臨時風撐形式的影響。由表1可知，一字臨時風撐、K字臨時風撐、米字臨時風撐均對最不利吊裝施工階段的穩(wěn)定性有極大的提升。其中，采用一字臨時風撐后吊裝拱肋最不利施工階段穩(wěn)定性平均提升111.92%，K字臨時風撐較一字形風撐穩(wěn)定系數(shù)平均提升4.68%，而米字臨時風撐較K字臨時風撐穩(wěn)定系數(shù)平均提升11.06%，故臨時風撐形式對拱肋吊裝施工穩(wěn)定性的提升程度：米字臨時風撐>K字臨時風撐>一字臨時風撐。因此，針對大跨徑拱肋吊裝施工布設臨時橫撐時，除考慮美觀、經(jīng)濟及安全等因素外，可根據(jù)結構施工實際需要選用適宜的臨時風撐形式，確保拱肋吊裝施工過程中的穩(wěn)定性。

4.3 吊桿非保向力的影響

在拱橋穩(wěn)定性的研究中，吊桿作為連接主梁與拱肋的主要構件，其傳力工作狀態(tài)對結構穩(wěn)定性的影響不容忽略。為探究吊桿非保向力對拱橋施工階段穩(wěn)定性的影響，在確保其余條件不變的情況下將成橋狀態(tài)模型中的吊桿去除，提取吊桿原吊點對應主梁位置的荷載，將其等效為集中荷載加載于原吊點連接位置，選取主梁吊裝、吊桿張拉后施工階段為研究對象，分析考慮非保向力效應下穩(wěn)定性的變化，其計算結果如表2所示。

表2 吊桿非保向力效應下結構施工階段的穩(wěn)定系數(shù)Table 2 Stability coefficient of structure during construction stage under the effect of non-directional force of suspender

由表2可知，不考慮非保向力效應比考慮非保向力效應穩(wěn)定系數(shù)下降45.94%，且失穩(wěn)模態(tài)均為面外失穩(wěn)。究其原因，吊桿連接主梁與拱肋構成整體結構，吊桿的非保向力由空間桿系單元的幾何剛度提供，而主梁的側向剛度提供吊桿在錨固端的側向彈性約束。側傾失穩(wěn)時，吊桿受到主梁施加的水平約束變?yōu)閮A斜，隨著結構的失穩(wěn)而改變吊桿傳力方向，產生的水平分力有減緩其發(fā)生失穩(wěn)的趨勢，進而提高結構的整體穩(wěn)定性，故非保向力效應對中承式鋼箱系桿拱橋施工階段穩(wěn)定性的影響顯著，設計與施工時應合理安排吊桿張拉時機，以提高結構施工階段的穩(wěn)定性。

4.4 風纜布設數(shù)量、位置的影響

為確保大跨徑拱橋施工階段穩(wěn)定性，設置抗風纜索是常用方法之一，但其針大跨徑鋼箱系桿拱橋施工階段穩(wěn)定性的影響需要深入研究。對本節(jié)將研究抗風纜索布設數(shù)量、不同布設位置對結構施工階段穩(wěn)定性的影響，模型中考慮荷載：恒荷載+風荷載。

4.4.1 風纜布設數(shù)量的影響

為分析風纜布設數(shù)量對結構施工階段穩(wěn)定性的影響，設置4組對比模型，分別設置0根、8根(位于05、10拱肋)、12根(位于05、08、10拱肋)、16根(位于05、08、10、12拱肋)抗風纜索，對比分析相應施工階段的穩(wěn)定性變化，其計算結果如圖9和圖10所示。

(1)未設置抗風纜索結構施工全過程的穩(wěn)定系數(shù)最低，部分施工階段穩(wěn)定性不滿足要求。布設抗風纜索后，結構施工階段穩(wěn)定性得到顯著提高。

(2)拱肋合攏前，布設風纜較無風纜結構吊裝施工階段穩(wěn)定系數(shù)最大提高121.46%，增減風纜數(shù)量后，拱肋懸臂吊裝階段穩(wěn)定性的變化極小。拱肋合攏后，布設風纜較無風纜結構施工階段穩(wěn)定系數(shù)提高49.75%～52.07%，隨著抗風纜索數(shù)量的增加，拱肋合攏后結構施工階段穩(wěn)定性的提升作用更為顯著。

故布設抗風纜索對大跨徑鋼箱系桿拱橋施工階段穩(wěn)定性的提升有重要作用，有效地增加橋梁施工階段的穩(wěn)定性，但增加風纜數(shù)量僅對拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性由顯著提升。因此，該類橋梁施工階段抗風纜索的布設數(shù)量需根據(jù)實際橋梁施工穩(wěn)定性需求選取適宜的風纜數(shù)量。

圖9 不同數(shù)量風纜結構施工階段穩(wěn)定系數(shù)Fig.9 Stability coefficient of different number of wind cable structures in construction stage

CS6為吊裝拱肋04階段；CS9為吊裝拱肋07階段；CS13為吊裝拱肋11階段；CS15為拱肋合攏施工圖10 風纜布設位置對結構施工階段穩(wěn)定系數(shù)影響Fig.10 Stability coefficient of structure during construction stage under less windy cable laying position

4.4.2 風纜布設位置的影響

本橋設計方案采用12根抗風纜索，分別布設于05、08、10拱肋節(jié)段(工況2)。在保證其余參數(shù)不變的情況下，選取兩組對比模型，分別將風纜布設于04、07、09(工況1)和06、09、12節(jié)段(工況3)，分析相應風纜布設情況下施工全過程結構的穩(wěn)定性，進而探索風撐布設位置的影響，結果如圖10所示。

由圖10可知，風纜布設位置對結構施工階段穩(wěn)定性的影響十分顯著，其不僅影響拱肋懸臂吊裝階段的穩(wěn)定性，還對拱肋合攏后施工階段的穩(wěn)定性造成極大影響。故不同風纜布設位置對不同施工階段穩(wěn)定性的影響規(guī)律不盡相同，實際設計與施工時，需根據(jù)實際情況將風纜布設于適宜位置，以確保結構施工全過程的穩(wěn)定性達最佳狀態(tài)。

5 結論

(1)僅考慮幾何非線性對結構的穩(wěn)定性影響較小，較彈性分析穩(wěn)定系數(shù)降低7%～8%；同時考慮雙重非線性時，本橋的穩(wěn)定系數(shù)較彈性穩(wěn)定系數(shù)下降顯著，較彈性穩(wěn)定分析降低49.67%～52.05%，較幾何非線性分析降低45.95%～48.53%，故材料非線性對結構施工階段穩(wěn)定性的影響十分顯著。

(2)增加永久風撐數(shù)量對纜索吊裝最不利施工階段及拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性有顯著提升。三種永久風撐形式對穩(wěn)定性的影響程度：米字風撐>K字風撐>一字風撐。布設臨時風撐后，拱肋合攏前施工階段的穩(wěn)定系數(shù)提高極為明顯，對拱肋合攏后施工階段的穩(wěn)定性無明顯影響。

(3)本橋不考慮非保向力效應較考慮非保向力效應穩(wěn)定系數(shù)下降45.94%，由于吊桿連接主梁與拱肋構成整體結構，進而提高結構的整體穩(wěn)定性，故非保向力效應對中承式鋼箱系桿拱橋施工階段穩(wěn)定性有較大的影響。

(4)布設抗風纜索對大跨徑鋼箱系桿拱橋拱肋合攏后施工階段穩(wěn)定性有顯著提升，但針對拱肋合攏前穩(wěn)定性無明顯提升作用。風纜布設位置對結構施工階段穩(wěn)定性的影響十分顯著，其不僅影響拱肋懸臂吊裝施工階段的穩(wěn)定性，還對拱肋合攏后施工階段的穩(wěn)定性造成極大影響。