索力隨機(jī)誤差對組合梁無背索斜拉橋受力影響

琚明杰，劉世明，劉永健

(1.東莞市交通投資集團(tuán)有限公司，廣東　東莞　523120；2.華北水利水電大學(xué)　土木與交通學(xué)院，河南　鄭州　450045；3.長安大學(xué)　舊橋檢測與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西　西安　710064)

?

索力隨機(jī)誤差對組合梁無背索斜拉橋受力影響

琚明杰1，劉世明2,3，劉永健3

(1.東莞市交通投資集團(tuán)有限公司，廣東東莞523120；2.華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院，河南鄭州450045；3.長安大學(xué)舊橋檢測與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710064)

為研究索力初拉力隨機(jī)誤差對主塔、主梁和拉索的應(yīng)力，主塔、主梁的變形及結(jié)構(gòu)可靠度的影響情況，以混合梁無背索斜拉橋——東莞水道橋?yàn)楣こ瘫尘?，考慮橋梁施工過程，建立ANSYS空間分析模型，采用蒙特卡羅函數(shù)和拉丁超立方抽樣技術(shù)，分析結(jié)構(gòu)響應(yīng)的敏感性因素及百分比，并對控制截面應(yīng)力進(jìn)行了可靠性分析。結(jié)果表明：(1)主塔、主梁的應(yīng)力及變形和拉索的應(yīng)力非對稱性顯著，對應(yīng)的敏感參數(shù)差異較大，其中邊跨主梁及塔身應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)差受拉索初拉力影響小。(2)成橋索力受拉索初拉力影響最顯著，且主要受自身初拉力誤差影響，拉索安裝誤差可按照斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則執(zhí)行。

橋梁工程；斜拉橋施工誤差；隨機(jī)有限元分析；無背索；曲塔；鋼-混組合梁

0　引言

在斜拉橋施工過程中，受現(xiàn)有施工技術(shù)水平的限制，不可避免存在一些施工誤差，如結(jié)構(gòu)自重[1]、彈性模量[2]、拉索張拉力[3]、制作安裝偏差、混凝土收縮徐變[4]等，這些偏差將影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形、極限承載力和可靠度[5-7]。在橋梁設(shè)計(jì)過程中，為簡化計(jì)算分析，往往采用規(guī)范規(guī)定的材性、荷載、施工順序[8]和設(shè)計(jì)圖紙的截面參數(shù)、空間位置等[9]，忽略或通過引入安全系數(shù)來考慮施工中存在的諸多不確定因素，這種確定性分析僅在結(jié)構(gòu)體系變異比較小時(shí)才能得到較為接近實(shí)際的結(jié)果。曲塔曲梁無背索斜拉橋空間線形獨(dú)特，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，文獻(xiàn)[10]考慮施工誤差的影響，通過確定性誤差分析了各參數(shù)敏感性。從概率意義上把握結(jié)構(gòu)空間力學(xué)行為，準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)本質(zhì)及對結(jié)構(gòu)可靠度的影響，有重要的理論意義和工程意義。

本文結(jié)合東莞水道橋的施工監(jiān)控及相關(guān)科研工作，以拉索初拉力為隨機(jī)變量，考察拉索初拉力變化對結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力及可靠度的影響，為確定合理的斜拉索施工控制精度提供依據(jù)。

1　橋梁結(jié)構(gòu)分析

1.1橋梁概況

東莞水道橋平面位于半徑為800 m的圓曲線上，小樁號(hào)側(cè)縱坡為1.68%，大樁號(hào)側(cè)縱坡為-4%，豎曲線半徑為2 000 m。采用塔梁墩固結(jié)體系無背索曲塔曲梁斜拉橋，跨徑布置為(51.5+138+55) m[11]。橋梁立面、平面和橋塔處橫斷面如圖1～圖3所示。

圖1　橋梁立面圖(單位：cm)Fig.1　Elevation view of bridge (unit: cm)

圖2　橋梁平面圖(單位：cm)Fig.2　Plan view of bridge (unit: cm)

圖3　橋塔處橫斷面圖(單位：cm)Fig.3　Sectional view at pylon of bridge (unit: cm)

主塔位于車行道與人行道之間，每個(gè)主塔橫橋向?qū)?3～3.5 m，順橋向?qū)?～5.5 m，主塔橫橋向往外圓弧張開，順橋向水平傾角為58°。上塔柱采用預(yù)應(yīng)力鋼箱混凝土結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外鋼箱內(nèi)填充C50微膨脹混凝土，每個(gè)塔柱共13個(gè)節(jié)段，采用懸臂拼裝施工。下塔柱為變截面空心普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。兩塔柱間設(shè)置兩道橫向備用拉索，離橋面垂直距離分別為34.506,31.894 m。橫向備用拉索規(guī)格為GJ15-3，錨固于塔柱側(cè)壁。

主梁采用鋼混凝土混合梁，主跨中間一段93 m為鋼箱梁，采用變截面梁高2.3～3.014 m，兩端各設(shè)一個(gè)鋼混結(jié)合段。邊跨為變截面斜腹板混凝土梁，梁高2.3～4.5 m。橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為33 m，橋塔位置處加寬至37.2 m，55 m邊跨橋?qū)捰?9.2 m變寬至33 m，51.5 m邊跨橋?qū)捰?7.2 m變化至29.2 m。

拉索采用豎琴式雙索面布置，鋼梁上索距為9.0 m，拉索水平夾角為18°，拉索規(guī)格為GJ15-15，GJ15-19，GJ15-22，共計(jì)20根拉索，采用橋塔端張拉。

橋梁施工采用先梁后塔的施工方法，主梁承擔(dān)自身重量和30%～40%的活載作用，拉索僅承擔(dān)60%～70%的活載作用。

1.2有限元模型

考慮橋梁平彎、縱橫坡、材料及主要施工過程，采用ANSYS有限元程序中的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL(ANSYS Parametric Design Language)，建立了隨機(jī)有限元空間分析模型。其中，主塔鋼箱和混凝土、主梁、墩身、承臺(tái)等均采用梁單元BEAM188模擬；拉索采用索單元LINK180模擬，并按Ernst公式對彈性模量進(jìn)行修正；支座彈簧采用彈簧單元COMBIN14模擬，彈簧剛度按支座特性計(jì)算[12]；拉索與主塔、主梁間連接采用連接單元MPC184模擬。模型共采用4種單元類型，24種材料屬性，270個(gè)節(jié)點(diǎn)，266個(gè)單元。主要邊界條件為主塔鋼箱與混凝土部分采用共節(jié)點(diǎn)模擬，承臺(tái)底部固結(jié)。建模過程中，對于非規(guī)則的BEAM188截面采用自定義截面；主塔、主梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋采用等效荷載法模擬，普通鋼筋采用調(diào)整材料彈性模量模擬；斜拉索初拉力采用初應(yīng)變形式施加，以成橋索力為目標(biāo)索力值，進(jìn)行數(shù)次迭代計(jì)算得到。為提高計(jì)算效率，突出主要問題，考慮幾何非線性影響，把施工階段簡化為21個(gè)，見表1。隨機(jī)有限元計(jì)算模型見圖4。

表1　主要施工階段Tab.1　Main construction stage

圖4　隨機(jī)有限元計(jì)算模型Fig.4　Stochastic finite element model

1.3隨機(jī)有限元可靠度分析流程

采用ANSYS有限元分析程序，進(jìn)行隨機(jī)有限元可靠度分析包括以下4步：

(1)根據(jù)研究對象性質(zhì)、特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)，明確輸入、輸出隨機(jī)變量，確定輸入變量的分布特征及相關(guān)參數(shù)。

(2)在前處理模塊中，基于以上輸入、輸出變量建立參數(shù)化的有限元分析模型，生成相應(yīng)的宏文件。

(3)在可靠度設(shè)計(jì)模塊中，確定隨機(jī)輸入變量的概率設(shè)計(jì)函數(shù)，隨機(jī)變量的抽樣方法及次數(shù)，進(jìn)行隨機(jī)有限元循環(huán)計(jì)算分析。

(4)在可靠度設(shè)計(jì)后處理模塊中，獲得輸出變量的敏感性參數(shù)，確定結(jié)構(gòu)體系可靠度指標(biāo)。

分析流程如圖5所示。

圖5　隨機(jī)有限元分析流程圖Fig.5　Flowchart of stochastic finite element analysis

2　隨機(jī)參數(shù)的選取

2.1索力誤差水平及分布參數(shù)

《公路斜拉橋?qū)嵤┘?xì)則》(JTG/T D65-01—2007)規(guī)定，斜拉索索力與設(shè)計(jì)的允許誤差精度需滿足設(shè)計(jì)要求，且不宜大于5%。鋼絞線斜拉索索內(nèi)各絞線索力誤差宜控制在2%～8%。

斜拉索在張拉過程中往往會(huì)出現(xiàn)回縮，并且相鄰拉索張拉會(huì)交互影響索力值大小，初始索力誤差一般在5%左右，并且各拉索初拉力誤差值在施工完成前并不確定，研究表明拉索初拉力誤差滿足正態(tài)分布[13]，故選取拉索初拉力為輸入隨機(jī)變量，共20個(gè)隨機(jī)變量，按2%，5%和8%共3個(gè)誤差水平進(jìn)行隨機(jī)誤差的影響分析。拉索初始索力值采用設(shè)計(jì)值，均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為對應(yīng)的誤差水平。取移動(dòng)荷載下三跨主梁的跨中豎向位移、運(yùn)營過程中三跨主梁的跨中、鋼混結(jié)合段位置應(yīng)力和位移、主塔節(jié)段3，5，7，9及塔頂位置的應(yīng)力和位移為輸出變量。

2.2概率設(shè)計(jì)函數(shù)和抽樣方法及次數(shù)

因隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)比較多，概率設(shè)計(jì)函數(shù)宜選用蒙特卡羅方法，其抽樣方法有直接抽樣和拉丁超立方抽樣兩種[14]。因拉丁超立方抽樣具有記憶功能，可以避免直接抽樣數(shù)據(jù)點(diǎn)集中而導(dǎo)致仿真循環(huán)抽樣的重復(fù)問題，比直接抽樣法效率更高。研究表明在相同的精度范圍內(nèi)，拉丁超立方抽樣次數(shù)為直接抽樣法的60%～80%，故選用拉丁超立方抽樣方法。隨機(jī)抽樣次數(shù)根據(jù)試算500次和2 000次，在相同工況下比較兩種抽樣次數(shù)下所得均值、標(biāo)準(zhǔn)差的差別不大，故選用抽樣次數(shù)為500次，對應(yīng)的可靠度精度為0.2%(與抽樣次數(shù)互為導(dǎo)數(shù))。主梁跨中的豎向位移均值隨抽樣次數(shù)的變化如圖6所示，圖中從上往下3條曲線分別為主梁跨中豎向位移的最小值、均值和最大值，由圖可知，當(dāng)抽樣次數(shù)達(dá)500次時(shí)，均值及變化量小，變化幅度穩(wěn)定，抽樣次數(shù)選取合理。

圖6　主跨跨中豎向位移隨抽樣次數(shù)的變化圖Fig.6　Vertical deformation of mid-span of main span varying with sampling times

2.3敏感性分析

(1)主梁應(yīng)力、位移敏感性分析

在顯著水平2.5%時(shí)，主梁典型位置處的應(yīng)力、位移敏感參數(shù)及百分比見表2、表3。表中內(nèi)側(cè)指橋梁平曲線圓心側(cè)，用字母N表示；外側(cè)指背離圓心側(cè)，用字母W表示。表中N9表示內(nèi)側(cè)9號(hào)拉索，W9表示為外側(cè)9號(hào)拉索，拉索的編號(hào)從小樁號(hào)依次為1～10，其中敏感參數(shù)百分比帶括號(hào)者為負(fù)相關(guān)，無括號(hào)者為正相關(guān)，以下同。

由表2可知，主梁的外側(cè)上緣和內(nèi)側(cè)下緣應(yīng)力的影響索號(hào)大致相同，小樁號(hào)側(cè)跨中、大樁號(hào)側(cè)結(jié)合段處主梁的外側(cè)上緣和內(nèi)側(cè)下緣應(yīng)力受內(nèi)側(cè)拉索初拉力影響較明顯，而內(nèi)側(cè)上緣和外側(cè)下緣應(yīng)力受外側(cè)拉索初拉力影響較明顯，大樁號(hào)側(cè)跨中、小樁號(hào)側(cè)結(jié)合段處主梁應(yīng)力與其相反。1號(hào)拉索初拉力對主梁整體的應(yīng)力影響不明顯;5號(hào)拉索初拉力對主梁整體的應(yīng)力影響較顯著;2～4號(hào)拉索初拉力對小樁號(hào)側(cè)結(jié)合段應(yīng)力影響明顯;6～8號(hào)拉索初拉力對大樁號(hào)側(cè)結(jié)合段、大樁號(hào)側(cè)跨中應(yīng)力影響明顯;9～10號(hào)拉索初拉力對小樁號(hào)側(cè)、大樁號(hào)側(cè)跨中應(yīng)力影響明顯。

表2　主梁應(yīng)力與拉索初拉力敏感性百分比(單位：%)Tab.2　Sensitivity percentage of beam stress in initial cable force(unit: %)

表3　主梁位移與拉索初拉力敏感性百分比(單位：%)Tab.3　Sensitivity percentage of beam deformation in initial cable force(unit: %)

由表3可知:5～7號(hào)拉索初拉力對主梁主跨跨中y、z方向的位移影響明顯; 9～10號(hào)拉索初拉力對主梁邊跨跨中z方向位移影響明顯。

(2)主塔應(yīng)力、位移敏感性分析

主塔應(yīng)力受9～10號(hào)索初拉力影響較明顯，主塔節(jié)段內(nèi)側(cè)上緣處應(yīng)力敏感性百分比如圖7所示，隨塔身高度的增加拉索敏感性百分比有所增加；相同主塔節(jié)段內(nèi)側(cè)上緣應(yīng)力，N10拉索初拉力敏感性百分比均大于W10初拉力，W9拉索初拉力敏感性百分比均大于N9初拉力，其變化趨勢一致。

圖7　主塔節(jié)段內(nèi)側(cè)上緣處應(yīng)力敏感百分比圖Fig.7　Curves of sensitivity percentage of stress at inside and upper of main pylon segment

除3號(hào)節(jié)段、塔頂位置外，主塔位移受9～10號(hào)索初拉力影響較明顯，主塔節(jié)段x，y，z方向敏感性百分比如圖8所示，隨塔身高度的增加拉索敏感性百分比有所增加；相同主塔節(jié)段各方向位移，N10拉索初拉力敏感性百分比均大于W10初拉力，W9拉索初拉力敏感性百分比均大于N9初拉力，其變化趨勢基本一致；內(nèi)側(cè)塔頂x、z方向位移敏感拉索分別為5號(hào)、6號(hào)索初拉力，外側(cè)塔頂y方向位移敏感參數(shù)分別為1號(hào)、9號(hào)索初拉力。

(3)成橋索力敏感性分析

因本橋以主梁受力為主，拉索受力為輔，影響成橋階段拉索應(yīng)力的最敏感因素為自身的初拉力，敏感性百分比均在78%以上，N2，N4，N6，N7，W2，W3拉索應(yīng)力只受自身初拉力影響，其他索力的影響可以忽略不計(jì)。

2.4索力誤差水平對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)差的影響分析

(1)主梁應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)差影響分析

主梁應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)差與誤差水平基本呈線性變化，在8%誤差水平下，引起的各跨跨中位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為1.5 mm，混凝土主梁應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差最大值為0.07 MPa，鋼主梁應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差最大值為1.64 MPa，與均值相比均很小，可忽略不計(jì)。

圖8　主塔節(jié)段位移敏感百分比圖Fig.8　Curves of sensitivity percentage of deformation of main pylon segment

(2)主塔應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)差影響分析

主塔應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差隨著塔身高度的增加標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減少，位移標(biāo)準(zhǔn)差隨著塔身高度的增加而逐漸增大，呈非線性分布，且誤差水平越高，非線性越明顯。在8%誤差水平下，引起的主塔位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為2.2 mm，鋼箱應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差最大值為4.1 MPa，與均值相比均很小，主塔總體應(yīng)力水平較低，不控制設(shè)計(jì)。

(3)拉索應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差影響分析

在不同拉索初拉力誤差水平下，拉索成橋應(yīng)力均值、標(biāo)準(zhǔn)差見表4。

表4　不同誤差水平下拉索應(yīng)力均值、標(biāo)準(zhǔn)差(單位：MPa)Tab.4　Mean values and standard deviations of cable stress at different error levels (unit: MPa)

由表4可知，拉索應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差與誤差水平基本呈線性變化，隨誤差水平的提高，拉索應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差逐漸增大。索力應(yīng)力最大值為W7拉索，對應(yīng)的拉應(yīng)力值為583.8 MPa，在8%的誤差水平下，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差為41.7 MPa。

2.5索力誤差水平對結(jié)構(gòu)可靠度的影響分析

不同的索力誤差水平對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)可靠度，由以上分析可知，主塔總體應(yīng)力水平低，不同拉索初拉力對應(yīng)力和位移的影響不起控制作用。為研究拉索誤差水平對結(jié)構(gòu)可靠度的影響，選取拉索應(yīng)力，進(jìn)行可靠度影響分析，為確定拉索施工控制精度值提供必要的理論支撐。

根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D65-01—2007)第3.4.1條規(guī)定，運(yùn)營狀態(tài)斜拉索的安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5，即拉索的應(yīng)力容許值為1 860/2.5=744 MPa。

由以上計(jì)算可知，索力誤差水平為2%，5%和8%時(shí)拉索應(yīng)力值小于744 MPa的可靠度水平均為100%；標(biāo)準(zhǔn)差較大，且隨索力誤差水平呈線性變化，對于拉索應(yīng)力最大的拉索W7，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中“3σ”原則，標(biāo)準(zhǔn)差在(744-583)/3=53.7時(shí)為容許誤差極限值，由線性關(guān)系可求得對應(yīng)的拉索誤差水平為10.3%，考慮目前施工安裝技術(shù)水平，建議將索力安裝誤差控制在5%以內(nèi)。

3　結(jié)論

建立了考慮施工階段的隨機(jī)有限元分析模型，以拉索初拉力為隨機(jī)變量，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)構(gòu)件響應(yīng)的敏感性分析，并分析了結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨誤差水平的變化情況，同時(shí)，對控制截面應(yīng)力進(jìn)行了可靠性分析，研究表明：

(1)因主塔、主梁、拉索及預(yù)應(yīng)力的非對稱布置，主塔、主梁的應(yīng)力及變形和拉索的應(yīng)力呈現(xiàn)出顯著的非對稱性，對應(yīng)的敏感參數(shù)差異較大。

(2)因主梁受力為主，拉索受力為輔，N2，N4，N6，N7，W2，W3拉索應(yīng)力只受自身初拉力影響，其他索力的影響可以忽略不計(jì)。成橋索力受拉索初拉力誤差影響顯著，且對自身的拉索初拉力誤差最敏感，起控制作用。

(3)兩邊主梁及主塔跨應(yīng)力、位移標(biāo)準(zhǔn)值受拉索誤差水平影響較小，不控制設(shè)計(jì)。

(4)拉索安裝誤差水平由成橋索力控制，建議將索力安裝誤差控制在5%以內(nèi)。

[1]胡方健,李國平. 自重和索力偏差對混凝土斜拉橋施工受力狀態(tài)的影響[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,42(2):191-197.

HU Fang-jian, LI Guo-ping. Influences of Deviation of Gravity and Cable Tension Force on Construction State of Cablestayed Concrete Bridges [J].Journal of Tongji University：Natural Science Edition,2012,42(2):191-197.

[2]蘇成,范學(xué)明. 考慮材料與荷載變異時(shí)崖門大橋施工階段隨機(jī)分析[J]. 橋梁建設(shè), 2003(1):62-65.

SU Cheng, FAN Xue-ming. Stochastic Analysis of Yamen Bridge at Erection Stage in Consideration of Variant Material and Loading Parameters[J]. Bridge Construction, 2003(1):62-65.

[3]施志勇,李欣然,周雄偉，等. 在施工過程中施工誤差對大跨徑斜拉橋極限承載力影響的研究[J]. 結(jié)構(gòu)工程師,2008,24(3):145-151.

SHI Zhi-yong, LI Xin-ran, ZHOU Xiong-wei, et al. Research on Ultimate Bearing Capacity for Long-span Cable-stayed Bridges due to Construction Deviation during Erection [J]. Structural Engineers, 2008,24(3):145-151.[4]龐鍵. 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋收縮徐變效應(yīng)隨機(jī)分析與可靠度分析[D].廣州：華南理工大學(xué),2010.

PANG Jian. Stochastic Analysis and Reliability Analysis of Shrinkage and Creep Effects for Long-span Prestressed Concrete Cable-stayed Bridge [D].Guangzhou：South China University of Technology,2010.

[5]向緒霞,金恩,陳德偉. 斜拉索的施工隨機(jī)誤差對斜拉橋的影響[J]. 結(jié)構(gòu)工程師,2011，27(1):154-160.XIANG Xu-xia, JIN En, CHEN De-wei. Response Analysis of Cable-Stayed Bridges Due to Random Deviation of Stay Cable Tension[J]. Structural Engineers, 27(1):154-160.

[6] 官華,上官興. 混凝土斜拉橋施工誤差的靜力隨機(jī)分析[J]. 中外公路,2013,33(1):159-163.

GUAN Hua, SHANGGUAN Xing. Static Random Analysis of Concrete Cable-stayed Bridges Due to Construction Error[J]. Journal of China & Foreign Highway, 2013,33(1):159-163.

[7]周雄偉. 施工誤差對大跨徑斜拉橋在施工過程中極限承載力影響的研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.

ZHOU Xiong-wei. Research on Ultimate Bearing Capacity for Long-span Cable-stayed Bridge due to Construction Error[D]. Shanghai：Tongji University,2007.

[8]劉世明,劉永健,琚明杰.無背索曲塔曲梁斜拉橋施工優(yōu)化[J].公路交通科技,2015,32(11): 68-74,80.

LIU Shi-ming, LIU Yong-jian, JU Ming-jie. Construction Optimization of Curved-pylon and Curved-girder Cable-stayed Bridge without Back Stay[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2015,32(11): 68-74,80.

[9]劉世明,趙順波,李曉克. 大跨人行異型斜拉橋靜、動(dòng)力及抗震性能分析[J].橋梁建設(shè),2012,42 (4):45-50.

LIU Shi-ming, ZHAO Shun-bo, LI Xiao-ke. Analysis of Static,Dynamic and Seismic Performance of Long Span Irregular-Shape Pedestrian Cable-Stayed Bridge [J]. Bridge Construction,2012, 42(4):45-50.

[10]劉世明,劉永健.無背索曲塔曲梁斜拉橋參數(shù)敏感性分析[J].公路交通科技,2014,31(2):54-59.

LIU Shi-ming, LIU Yong-jian. Analysis of Parameter Sensitivity for Curved-pylon and Curved-girder Cable-stayed Bridge without Back-stay[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development,2014, 31(2):54-59.

[11]琚明杰.無背索曲塔曲梁斜拉橋受力性能研究[D].西安：長安大學(xué),2011．

JU Ming-jie. Mechanical Performance Analysis on Curved-pylon and Curved-girder Cable-stayed Bridge without Backstay [D]. Xi’an：Chang’an University,2011.

[12]李曉克,劉世明,楊竹林.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)實(shí)例分析[M].北京:中國電力出版社,2015:24-27.

LI Xiao-ke, LIU Shi-ming, YANG Zhu-lin. Design Instance Analysis of Prestressed Concrete Continuous Box-girder Bridge[M].Beijing: China Electric Power Press,2015:24-27.

[13]陳兆栓. 預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋施工監(jiān)控概率方法研究[D].南京：華南理工大學(xué),2012.

CHEN Zhao-shuan. Research on Probabilistic Method of Construction Monitoring and Control of Prestressed Concrete Cable-stayed Bridges [D]. Nanjing：South China University of Technology,2012.

[14]金路,張壯南,王春剛，等. 基于蒙特卡羅的考慮隨機(jī)初始缺陷的分析方法[J]. 工程力學(xué),2012,29(增2):93-96.

JIN Lu, ZHANG Zhuang-nan,WANG Chun-gang, et al. Monte Carlo-based Analysis Method Considering Random Intial Imperfections[J]. Engineering Mechanics, 2012,29(S2):93-96.

Influence of Random Deviation of Cable Tension Force on Stress State of Composite Girder Cable-stayed Bridge without Back-stay

JU Ming-jie1， LIU Shi-ming2,3， LIU Yong-jian3

(1. Dongguan Transport Investment Group Co.，Ltd., Dongguan Guangdong 523120,China; 2. School of Civil Engineering and Communications, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou Henan 450045, China; 3. Key Laboratory for Bridge Detection and Reinforcement Technology of Ministry of Transport, Chang’an University, Xi’an Shaanxi 710064,China)

In order to study the influences of random deviation of initial cable tension force on stress of pylon, beam and cable, deformation of pylon and beam, and structural reliability, according to the construction of Dongguanshuidao bridge, which is a composite girder cable-stayed bridge without back-stay, the spatial analytical model is established by software ANSYS considering the construction process. By using Monte Carlo method and Latin hypercube sampling technique, the sensitivity factor and percentage of structural response are analyzed, and the reliability analysis of stress of the control section is carried out. The result shows that (1) the stresses and the deformations of pylon and beam, and cable of pylon presented significant asymmetry, and the related sensitivity factors are with high disparities, among them, the standard deviation of stress and deformation in the side span of the beam and pylon are less impacted by the initial cable force; (2) the initial cable force has the most influence on final cable force, and mainly affected by the corresponding error of initial cable force, the installation error level of initial cable force can be controlled according to the guidelines for design of cable-stayed bridge.

bridge engineering; construction deviation of cable-stayed bridge; stochastic finite element analysis; without back-stay; curved-pylon; steel-concrete composite beam

2015-06-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51178051,51508189)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(14A560004)；河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(162102210234);長安大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2014G1502007)。

琚明杰(1966-)，男，安徽桐城人，碩士，高級(jí)工程師.(402488315@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-0268.2016.10.010

U441+.5；U448.27

A

1002-0268(2016)10-0060-07