独塔PC斜拉桥施工监控中参数敏感性分析

陈 泉

(湖南城市学院土木工程检测中心，湖南 益阳 413000)

桥梁工程

独塔PC斜拉桥施工监控中参数敏感性分析

陈 泉

(湖南城市学院土木工程检测中心，湖南 益阳 413000)

为对独塔PC斜拉桥进行更有效的施工监控、准确把握施工过程造成的偏差对成桥状态的影响，需对桥梁施工过程中各可变参数对成桥状态影响的敏感性进行分析。以一座独塔PC斜拉桥为例，对桥梁模型中结构参数进行了敏感性分析，分析了桥梁结构自重、预应力损失等因素对成桥状态的影响。分析结果表明主梁自重变化、预应力损失和环境相对湿度变化对桥梁成桥状态影响较大，而环境温度变化对桥梁成桥状态的影响较小。

斜拉桥；影响参数；敏感性分析；成桥状态；施工监控

1 工程概况

某独塔双索面PC斜拉桥设计主跨跨径90 m+90 m。桥面总宽40.00 m，桥面横向布置为1.5 m(拉索锚固区)+4.5 m(人行道)+28 m(行车道)+ 4.5 m(人行道)+ 1.5 m(拉索锚固区)。主梁采用双向预应力混凝土结构为双边肋主梁，标准段主梁肋内、外侧高分别为2.180 m、2.105 m，上、下缘宽分别2.35 m、2.60 m，两主肋净间距34.8 m。主肋下缘在索塔根部位置加宽至5.0 m，并设有长度22 m的直线过渡段。索塔采用拱型索塔，横向宽度3.0 m，上塔柱纵向宽度为4 m，下塔柱分为两肢宽度为2.318～3.80 m，桥面以上索塔高62 m。主梁、主塔、墩柱由C55水泥混凝土浇筑，桥台由C40水泥混凝土浇筑。全桥斜拉索采用1 860级15.2 mm环氧喷涂钢绞线，拉索主要有四种规格。

2 有限元模型

采用通用有限元软件建立模型进行分析。采用空间梁单元模拟梁、主塔；斜拉索忽略垂度效应，采用空间只受拉桁架单元进行模拟；主梁划分112个单元，桥塔划分100个单元，斜拉索共划分60个单元。主梁施工采用满堂支架施工，满堂支架采用主梁的节点弹性支承(只受压)进行模拟；支座采用只受压的弹性单元进行模拟；墩柱和主塔底端采用固结。

3 参数敏感性分析主要内容

结合该桥的实际施工过程，以自重变化、预应力损失、桥梁环境湿度、整体温差4类参数的变化作为主要分析内容，具体结构参数及其变化见表1，表中“±”表示增、减。计算时仅变化需要讨论的参数，将结果与基本状态进行对比，考虑到本桥是左右完全对称的结构，两边的荷载也保持一致，故主塔的偏位不会存在差异，故对比结果的参数为主梁线形、斜拉索索力、主梁应力。

表1 结构主要参数及变化模式

4 参数敏感性分析结果

4.1 梁段自重敏感性分析

根据以往施工经验实际施工过程中，梁段重量超出设计理论值是较为常见的状况。其变化幅度通常在5%左右，考虑梁段自重变化为增加3%、5%，降低3%、5%四种情况进行对比分析。

图1 梁段自重变化与成桥状态下拉索索力 及主梁挠度变化关系

图2 梁段自重变化与成桥状态下主梁截面 上、下缘应力变化关系

由图1～2可知，梁段自重变化对成桥状态具体影响如下。

(1)随着梁段自重增大，各拉索索力、主跨挠度均有所增加；梁段自重减小，各索力索力、主跨挠度均有所减小。梁段自重变化对跨中拉索索力影响略大于两端拉索索力，其对跨中拉索索力影响最大；在梁段自重变化时主梁36 m处成桥挠度的变化量最大，最大变化量为10 mm。

(2)梁段自重变化时主梁截面应力在主梁30 m附近变化最大，最大变化量为0.9 MPa，且对主梁下缘应力的影响大于上缘应力；随着梁段自重的变化，主梁同时存在应力增加及应力减小区段，但在主梁60～70 m区域应力变化量相对较小。

4.2 预应力损失敏感性分析

在预应力混凝土构件施工中由于存在一些导致预应力损失的意外情况，导致构件实际预应力损失往往大于规范允许值。为了分析预应力损失的影响，分别以损失5%，10%，15%三种情况，进行对比分析。

图3 预应力损失与成桥状态下主梁挠度变化关系

图4 预应力损失与成桥状态下主梁应力变化关系

由图3～4可知，预应力损失对成桥状态主梁的挠度与应力均有较大影响。

(1)成桥状态下主梁挠度与预应力损失的大小接近正比例关系；在成桥状态下其挠度最大变化量发生在主梁40 m附近，当预应力损失15%时其成桥状态下挠度最大变化量为10.6 mm。

(2)预应力损失对成桥状态下主梁的影响也与预应力钢绞线的安放位置有关；预应力损失对主梁上缘应力的影响主要集中在端部；对主梁下缘应力的影响主要集中在中部，其显著影响区域为主梁30 m左右；同时预应力损失对成桥状态下主梁下缘应力的影响明显大于对上缘应力的影响。

4.3 环境湿度敏感性分析

混凝土收缩徐变需按照相关桥梁设计规范进行计算，其大小与截面特性、环境湿度条件有关。本文中将环境湿度条件作为可变因素，分别考虑相对湿度50%、60%、80%、90%四种情况，进行对比分析。

图5 相对湿度变化与成桥状态下拉索 索力、主梁挠度变化关系

由图5可知，当所处环境湿度越小，成桥状态下拉索索力、主梁挠度就越小；当所处环境湿度越大，成桥状态下拉索索力、主梁挠度就越大；所处环境湿度变化对成桥状态下主梁左、右端拉索索力均有较大影响，其最大变化量为114 kN；但对成桥状态下主梁跨中拉索索力的影响很小；成桥状态下主梁挠度最大变化值发生在主梁30 m附近，其最大挠度变化量为8.6 mm。

4.4 环境温度变化敏感性分析

本文中假设结构温度升高15、25 ℃，温度降低15、25 ℃四种情况来模拟整体温差，进行对比分析。

图6 环境温度变化与成桥状态下拉索索力、主梁挠度变化关系

通过图6分析可得：结构整体温度降低对桥梁拉索索力影响较大，结构整体温度降低25 ℃造成的拉索索力增大68 kN；同样结构整体温度降低对主梁挠度的也有影响，结构整体温度降低25 ℃，边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；而结构整体温度升高会造成主梁挠度整体上升，整体温度升高并不会对拉索索力造成影响，索力差始终为零。相较于梁段自重、预应力损失、环境相对湿度，环境温度的变化对成桥状态的影响较小。

5 结 论

通过对独塔PC斜拉桥成桥状态下受力情况有影响的主要参数进行敏感性分析得出以下结论。

(1)主梁梁段自重的变化对独塔PC斜拉桥成桥状态下的主梁线形、主梁截面应力、拉索索力有较显著影响，这是因为改变梁段自重就直接改变了结构恒载大小，所以对结构成桥状态有较大影响。

(2)梁段自重的变化、环境相对湿度的变化、结构整体温度降低对独塔PC斜拉桥成桥状态下拉索索力也有较大影响。

(3)梁段自重的变化、预应力损失、环境相对湿度的变化对独塔PC斜拉桥的成桥状态下主梁线形有较为显著的影响，上述参数需在施工监控过程中作为重点控制对象予以监控。

(4)预应力损失、梁段自重变化对独塔PC斜拉桥成桥状态下主梁截面应力有较为显著的影响，上述参数也需在施工监控过程中应作为重点控制对象予以监控。

[1] 王生武,项纯夫,李腾腾,等.异形独塔斜拉桥参数敏感性分析[J].公路工程, 2015,40(1) :134-142．

[2] 李乔，卜之一，张清华．大跨度斜拉桥施工全过程几何控制概论及应用[M]. 成都：西南交通大学出版社,2009.

[3.] 苏成,范学明.斜拉桥施工控制参数灵敏度与可靠度分析[J]. 土木工程学报, 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

陈泉(1984-)，男，湖南益阳人，工程师，研究方向：桥梁检测。