獨塔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)院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

橋梁工程

獨塔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)院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

為對獨塔PC斜拉橋進(jìn)行更有效的施工監(jiān)控、準(zhǔn)確把握施工過程造成的偏差對成橋狀態(tài)的影響，需對橋梁施工過程中各可變參數(shù)對成橋狀態(tài)影響的敏感性進(jìn)行分析。以一座獨塔PC斜拉橋為例，對橋梁模型中結(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)境相對濕度變化對橋梁成橋狀態(tài)影響較大，而環(huán)境溫度變化對橋梁成橋狀態(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

某獨塔雙索面PC斜拉橋設(shè)計主跨跨徑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)有長度22 m的直線過渡段。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，橋臺由C40水泥混凝土澆筑。全橋斜拉索采用1 860級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。采用空間梁單元模擬梁、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個單元，橋塔劃分100個單元，斜拉索共劃分60個單元。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)合該橋的實際施工過程，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。計算時僅變化需要討論的參數(shù)，將結(jié)果與基本狀態(tài)進(jìn)行對比，考慮到本橋是左右完全對稱的結(jié)構(gòu)，兩邊的荷載也保持一致，故主塔的偏位不會存在差異，故對比結(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)驗實際施工過程中，梁段重量超出設(shè)計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。梁段自重變化對跨中拉索索力影響略大于兩端拉索索力，其對跨中拉索索力影響最大；在梁段自重變化時主梁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)力損失對主梁上緣應(yīng)力的影響主要集中在端部；對主梁下緣應(yīng)力的影響主要集中在中部，其顯著影響區(qū)域為主梁30 m左右；同時預(yù)應(yīng)力損失對成橋狀態(tài)下主梁下緣應(yīng)力的影響明顯大于對上緣應(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)計規(guī)范進(jìn)行計算，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，分別考慮相對濕度50%、60%、80%、90%四種情況，進(jìn)行對比分析。

圖5 相對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??；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；但對成橋狀態(tài)下主梁跨中拉索索力的影響很?。怀蓸驙顟B(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 ℃四種情況來模擬整體溫差，進(jìn)行對比分析。

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

通過圖6分析可得：結(jié)構(gòu)整體溫度降低對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)整體溫度升高會造成主梁撓度整體上升，整體溫度升高并不會對拉索索力造成影響，索力差始終為零。相較于梁段自重、預(yù)應(yīng)力損失、環(huán)境相對濕度，環(huán)境溫度的變化對成橋狀態(tài)的影響較小。

5 結(jié) 論

通過對獨塔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獨塔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，這是因為改變梁段自重就直接改變了結(jié)構(gòu)恒載大小，所以對結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)有較大影響。

(2)梁段自重的變化、環(huán)境相對濕度的變化、結(jié)構(gòu)整體溫度降低對獨塔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)境相對濕度的變化對獨塔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)控過程中作為重點控制對象予以監(jiān)控。

(4)預(yù)應(yīng)力損失、梁段自重變化對獨塔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)控過程中應(yīng)作為重點控制對象予以監(jiān)控。

[1] 王生武,項純夫,李騰騰,等.異形獨塔斜拉橋參數(shù)敏感性分析[J].公路工程, 2015,40(1) :134-142．

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[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, 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，湖南益陽人，工程師，研究方向：橋梁檢測。