桥梁施工设计中的结构参数敏感性探讨.pdf

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1、呈Q!鱼生篁垒朔I蔓筮!坠塑l正直塞挝童通王墨桥梁施工设计中的结构参数敏感性探讨■方芳●中交第一公路勘察设计研究院有限公司，江苏南京211100摘要：由于受各种误差的影响，桥梁的施工状态总会与其设计的理论值存在一定差距，桥梁施工设计控制的主要目的便是使施工设计的真实情况与施工前所设计的理论值尽可能的接近。本文利用参数敏感性的方法确定了桥梁的设计参数对其结构的影响，在借助桥梁施工敏感性分析步骤的基础上，对桥梁不同施工阶段主要结构参数的敏感性进行了详细分析。关键词：桥梁施工设计敏感性吊装混凝土灌注1桥梁

2、施工中敏感性分析的基本步骤对桥梁施工设计的结构敏感性参数设计的最终目的便是对桥梁施工结构具有较大影响的某些参数进行确认，现将桥梁施工中结构敏感性分析步骤总结如下：首先施工技术人员和桥梁结构设计人员应该对桥梁各个施工阶段进行仿真分析，并通过建立有限元模型的方式将其各设计阶段所包含的结构参数进行确定⋯。其次，相关工作人员应该确定桥梁施工控制的目标函数，并利用有限元模型完善结构参数值，进而将不同结构处于施工状态时控制目标的变化幅度计算出来，并针对变化幅度建立各个结构参数的敏感函数。最后。利用敏感函数计算出

3、桥梁结构的各敏感因子，并分别确定出侨联处于不同设计阶段时的主次要设计参数。2结构参数敏感性在桥梁施工设计中的应用方法2．1工程概况本文以大跨度桥梁的结构参数敏感性设计作为研究对象，所给出的桥梁净跨度310m，且所建桥梁性质为中承式无铰拱桥。该工程施工主要分为三个阶段，分别为钢管拱肋的悬臂架设以及钢管内混凝土的灌注和施工桥道系的建设。此桥梁参数敏感性的计算模型即参数敏感．叮A，l性函数为：Sj,(札)=[警]／』兰丛，其中，Z表示控制目标的具体数厶Xk值，札为桥梁某组成结构的具体参数。AZ和缸‘则表示

4、实际值于设计值之间的差距。2．2建立参数的目标函数通过对中承式钢管混凝土拱桥的设计结构和设计要求进行分析可知，桥梁整体的结构线形及其所承受的应力均应被设置为控制目标，本次研究则将以拱肋线形最小为设计目标进而对结构参数的敏感性进行设计。将桥梁施工参数控制的目标函数确定为mine(x)=乏：(Ⅱj(x)一“，)2，x=xl，z2，z3⋯#。，约束条件为≈≤x≤毛了一，i=1，2，3⋯n。其中，妒(j)表示桥梁施工控制的目标函数，x表示全部施工结构设计参数的向量，置桥梁设计时第i个结构的设计参数，z。与毛

5、则分别表示毛的上限和下限；桥梁的第j个位移结构控制点的理论计算值用ui(X)表示，且将其设定为桥梁各结构的的性态响应变量呤J。u，结构控制点j的位移实际值。N表示需要敏感性设计的参数总数。2．3桥梁施工设计结构的敏感性分析2．3．1吊装阶段的敏感性分析对此工程桥梁钢管拱肋悬臂架设施工过程中的吊装阶段的参数敏感性进行分析。通过对桥梁的整体结构进行研究可知，其桁架的弦杆和腹杆均呈现出较为明显的圆钢管几何特点，利用pipel6(空间管单元)对桥梁的拱肋结构进行仿真。在不考虑桥梁扣锁对其结构产生影响的基础上

6、，建立桥梁钢管拱肋的有限元模型。而此时，在吊装过程中对施工控制误差具有明显影响的参数包括了R、m、E。和／if，分别代表桥梁拱肋弦管内径、弦管管壁厚度以及钢管的弹性模量和预拱度值。由于在吊装施工阶段，环境温度及桥梁扣索索力分别为T。和T；，因此，4，纵向满足Y=af(1—4x2／12)。利用ANSYS软件的梯度分析功能以及公式mi嘶(x)=>2(nf(X)一“f)2，X=zl，x2，x3．．．z。，对吊装阶段的结构设计参数进行敏感性分析，所求得的敏感性参数如表1所示，引入影响百分比的概念对结构参数的

7、敏感性进行分析，具体表示N方法为：影响百分比P=S：／>：s：，P理论意义为：P值越大，桥梁的i三一i结构设计参数的敏感性越大。由表1可知，对吊装阶段的桥梁拱肋进行设计时，不同结构参数对拱肋线性误差的敏感性影响由低到高的排列次序依次为T。TI、af，T2、E；、T4、T5、t、R。表l吊装阶段敏感性分析结果参数RtT5T4EsT2鹭TlTes’k11540611180685725473271619143171091984241P23．1823．0717．689．763．34O．890．230．20O

8、．052．3．2混凝土灌注阶段的敏感性分析由于混凝土灌注过程中涉及到液态灌注、凝固增强和钢管之间相互作用的问题，因此，桥梁混凝土灌注阶段的参数敏感性分析较为复杂，本文以同一节点分别建立混凝土实心管单元与空心管单元两个pipel6单元进行钢管混凝土结构的模拟。在混凝土灌注后且初步形成强度时，引入其等效弹性模量E。，进而考虑时间、混凝土徐变及收缩等对其刚度的影响。对混凝土灌注阶段影响其灌注控制误差的结构参数主要包括了混凝土处于液态时的容重V、效弹性模量E。以及环境温度Te