大跨度结合梁斜拉桥的参数敏感性分析

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1、38世界桥梁2011年第6期大跨度结合梁斜拉桥的参数敏感性分析赵雷，孙才志，陈文元(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：结构参数误差是斜拉桥施工控制过程中误差产生的重要来源。为分析结构各设计参数对桥梁成桥状态影响的敏感性，以江津观音岩长江大桥为背景，采用有限元法计算各设计参数对大跨度结合梁斜拉桥主梁成桥线形和主梁应力的影响。结果显示：主梁重量、拉索制造长度、桥面板重量和温差对该桥主梁成桥线形及主梁应力有显著影响；桥面板弹性模量和主梁弹性模量对成桥状态影响不大。关键词：斜拉桥；结合梁；结构参数；敏感性；

2、分析中图分类号：U448．27；U441．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)06—0038—041引言滴水岩南彭斜拉桥属高次超静定结构，其施工控制是一项l860018600．复杂的系统工程，通过模拟分析得到的桥梁结构各施工阶段的理想状态与施工过程中结构的实际状态．之间总是存在着一定的误差，其影响因素较多11]。Ilj斜拉桥的结构参数误差是施工控制过程中误差产生单位：cm的重要来源[2]，对于斜拉桥尤其是大跨度斜拉桥，通图1江津观音岩长江大桥主桥立面布置示意过分析关键影响参数对施工过程及成桥时桥梁线

3、形及内力的影响程度，可以为斜拉桥各构件无应力尺斗斗寸的工厂制造容许误差分析、施工控制方案、施工过程参数识别、模型修正和误差分析提供科学依据[3]。结合梁斜拉桥主梁采用钢和混凝土组合材料，可以充分发挥2种材料的受力优点，具备较好的受力性能_4]，其主梁线形及内力控制具有一定的研究价值。本文以江津观音岩长江大桥为例，通过数值模拟对结构重量、材料弹性模量及温差等重要参数进行成桥时桥梁结构响应的敏感性分析，为大跨度结合梁斜拉桥施工过程控制方法及注意事项提供(a)横桥向(b)顺桥向单位：cm参考。图2桥塔立面布置示意2工程概况3

4、有限元模型江津观音岩长江大桥是重庆绕城公路南段跨越采用西南交通大学桥梁工程系开发的桥梁结构长江的控制性工程，主桥为(35．5+186+4364-1864-有限元分析软件BSAS建立江津观音岩长江大桥主35．5)m双塔双索面钢一混凝土结合梁斜拉桥(见桥的平面杆系有限元模型(见图3)。全桥共计856图1)，采用纵向半飘浮体系。主桥斜拉索共68对，个单元，其中桥塔和墩共172个单元，主梁共293个按双索面扇形布置；斜拉桥主梁采用双工字形结合单元，桥面刚臂单元共293个，索单元68个，桁架单梁，梁高3．2m，桥面板为预制存放6

5、个月的C6o钢元4个，其余为临时施工结构单元。建模时考虑了筋混凝土板；桥塔采用菱形塔(见图2)。大跨度斜拉桥存在的几何非线性因素。收稿日期：2011—06—15基金项目：国家科技支撑计划项目(2006BAG04B03)作者简介：赵雷(1956一)，男，教授，博士生导师，1982年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士(E—mail：zlswjtuzl@163．com)。大跨度结合梁斜拉桥的参数敏感性分析赵雷，孙才志，陈文元39图3有限元模型有限元计算模型共划分为800个施工阶段，计算工况包括施工阶段及运营阶段桥墩、桥

6、塔及主梁安装，斜拉索一次张拉和二次张拉，全桥合龙等。施工阶段的荷载主要考虑结构恒载、施工临时荷载、预；翠芊器墨虽兰簧嚣虽甍蚕暑孽孽莩莩斟茧鐾暑顺桥向坐标／Ⅲ应力、斜拉索张拉力和混凝土的收缩、徐变；运营阶(a)成桥线形段的荷载主要考虑汽车活荷载、体系温差±20℃、收缩和徐变30年。4参数敏感性分析主要分析主梁重量、拉索制造长度、桥面板重量、桥面板弹性模量、主梁弹性模量及温差等4类6个参数的变化对结构成桥状态的影响程度I-。4．1主梁重量顺桥向坐标／主梁重量变化对成桥线形和主梁应力的影响见(b)主梁上缘应力图4(图中顺桥向

7、跨中坐标为218m，下同)。主梁重图4主梁重量增加5％时成桥线形及主梁上缘应力的变化量以较小的变化即对成桥线形有较大影响，主梁重量变化量为5时，对成桥线形的影响最大接近25cm。其中以跨中合龙段范围内主梁线形的变化较为明显。究其原因：首先梁段重量的变化直接改变了主梁恒载，从而导致主梁挠度发生变化；其次，主梁重量的改变必然导致索力的改变，而索力的改变也会导致索长的变化，进而对主梁线形产生影响。主梁上缘应力变化在8MPa以内，可见主梁重量对篓曼曼虽苹翠苫导墨蔓墨蔓嚣嚣嚣蓦萋墨喜孽蓦蓦善摹量誉詈lIIlI主梁内力存在一定程度

8、的影响。顺桥向坐标／瑚4．2斜拉索制造长度(a)成桥线形斜拉索制造长度变化对成桥线形和主梁应力的影响见图5。斜拉索长度对成桥线形影响显著，当斜拉索制造长度变化幅度为误差上限值(江津观音岩长江大桥的值为拉索理想制造长度的1／25000倍)时，成桥线形最大影响可达5Ocin。对主梁上缘应力的变化影响也很大，最大值接近150MPa，出现