矮塔斜拉桥施工控制参数研究分析.doc

矮塔斜拉桥施工控制参数分析 作者： 日期：9 矮塔斜拉桥施工控制参数分析董丽娜1（1河北省交通规划设计院试验检测室 河北 石家庄 ）摘 要：以永定新河矮塔斜拉桥为对象，建立Midas模型，分析温度、刚度、混凝土收缩徐变等施工控制参数对矮塔斜拉桥结构受力的影响。关键词：矮塔斜拉桥 影响参数 温度 刚度 收缩徐变施工控制中的误差是指结构的实测值与实时修正后理论分析值即计算值的偏差。各种影响因素中，结构设计参数误差是最主要的因素。因此在桥梁施工过程中必须对结构设计参数进行识别和修正。在矮塔斜拉桥斜拉桥的施工过程中，影响结构受力的参数很多，其中影响较大的有：温度、斜拉索索力、自重、刚度、混凝土收缩徐变。以永定新河矮塔斜拉桥为例进行参数敏感性分析。参数敏感性分析的任务就是要确定对桥梁施工结构行为影响较大的设计参数。具体表现在设计参数发生一定幅度变化后，由此而引起的结构控制部位的位移以及内力变化幅度的大小，设计参数变化幅度一般在10%以内。比较参数变化前后的主梁竖向位移、主梁应力以及斜拉索索力的差异，从而分析这些参数对结构的影响。永定新河矮塔斜拉桥Midas模型如下：图1永定新河矮塔斜拉桥Midas模型图一、温度影响分析矮塔斜拉桥施工过程中的温度影响通常包括整体温度影响以及局部温度影响两方面。整体温度影响是指随季节气候变化，结构整体所受温度变化影响，一般认为是结构的整体升温或降温；局部温度影响是指由于日照等因素，结构各部件由于日照作用的不均匀而引起的温度变化不均匀。首先分析整体温度变化影响：1、 结构整体升温10度。主梁竖向位移、应力、斜拉索力变化如下图： 整体升温10度主梁竖向位移变化 整体升温10度主梁应力变化整体升温10度斜拉索索力变化图2 整体升温10度参数变化温度升高引起主梁主跨中部上翘，边跨中部下降，但竖向位移值变化不大。温度升高在主梁跨中引起上缘受压的弯矩，而在支点处引起上缘受拉的弯矩；在主梁下缘引起的应力变化与上缘相反，上、下缘应力变化均很小。温度升高对索力的影响：温度升高使斜拉索索力减小，远离主塔拉索索力比靠近主塔拉索索力变化要大，但斜拉索力变化幅度非常小。3、结构整体降温10度。主梁竖向位移、应力、斜拉索力变化如下图： 整体降温10度主梁竖向位移变化 整体降温10度主梁应力变化整体降温10度斜拉索索力变化图3 整体降温10度参数变化整体降温10度引起的竖向位移、主梁应力、斜拉索索力变化规律与整体升温10度时的变化规律相反，变化数值与升温10度基本相同。通过对结构整体升降温的分析，可以看出结构整体温度升高或降低对主梁线形、主梁应力以及斜拉索力会产生微小影响，相对整体来说可基本忽略。分析局部温度变化影响：局部温度变化对斜拉桥的影响较复杂，而且结构各部分温差的变化也较复杂。斜拉索的温度随大气温度变化较快，索内的温度也比较均匀；但混凝土主梁内的温度场分布复杂，随大气温度的变化有滞后性，且日照表面和混凝土内部呈现较大的温度梯度，通常均呈现较明显的非线性温度场分布。从以上分析可看出，局部温度变化比整体温度变化影响要显著，而且局部温度变化复杂，难以靠计算进行分析，所以在进行对线形标高有较大影响的施工工序时，最好保证在温度均匀的时段进行，以避免考虑局部温度变化的影响。而整体温度变化对施工控制计算得影响又非常小，可以忽略不计。二、斜拉索索力影响分析由于测量及温度变化等情况，使斜拉索张拉时索力不一定能达到预定值。是斜拉索预张力增大约10%，分析斜拉索力误差对桥梁结构的影响。 斜拉索力增加10%主梁竖向位移变化 斜拉索力增加10%主梁应力变化斜拉索力增加10%斜拉索索力变化图4 斜拉索索力增加10%参数变化由于斜拉索力误差，使主梁跨中产生明显竖向位移，由于斜拉索力变化较大，相比而言，跨中产生的竖向位移数值不是很大。并且主梁产生负弯矩增量，但应力变化数值非常小。斜拉索力增大，事成桥索力均增大，增量基本在7%左右。说明矮塔斜拉桥斜拉索相当于体外预应力作用，主梁刚度较大，与传统斜拉桥有很大不同。三、自重影响分析由于混凝土容重误差、梁段成型尺寸误差以及模板变形误差等的影响，会使粱段自重产生一定误差。使梁段混凝土容重增加10%，即由C50混凝土容重的设计值25kN/m2增大为27.5kN/m2，梁段自重增加10%，计算分析得到成桥状态下主梁竖向位移、主梁应力、以及斜拉索索力变化图如下： 自重增加10%主梁竖向位移变化 自重增加10%主梁应力变化自重增加10%斜拉索力变化图5 自重增加10%参数变化梁段超重10%会导致主梁竖向负向位移增大，且跨中有最大竖向负位移，但由于梁段增重幅度较大，竖向位移变化数值相对较小，说明主梁刚度相对较大，符合矮塔斜拉桥构造特征。梁段超重引起主梁跨中正弯矩和主塔负弯矩增大，单变化数值幅度相对很小。梁段超重引起斜拉索力均变大，对外侧斜拉索影响大于内侧斜拉索，但是数值相对成桥索力变化幅度很小，说明矮塔斜拉桥主梁刚度很大。四、刚度影响分析在结构集合特性不变的情况下，影响结构刚度的主要参数为结构材料弹性模量E，下面主要通过增大主塔、斜拉索、主梁的材料弹性模量E来分析刚度误差对结构的影响。1、主塔刚度误差分析将主塔C50混凝土的材料弹性模量E增加10%，通过计算分析得出该状态与成桥状态相比的主梁位移、主梁应力以及斜拉索力差值。 主塔刚度增加10%主梁竖向位移变化 主塔刚度增加10%主梁应力变化主塔刚度增加10%斜拉索力变化图6 主塔刚度增加10%参数变化由以上图形分析，主塔刚度增加10%，对成桥状态影响几乎可以忽略。只有当主塔受到较大弯曲时，弯矩刚度才会对成桥状态有影响。2、斜拉索刚度误差分析将斜拉索1860钢绞线弹性模量E增加10%，通过计算分析得出该状态与成桥状态相比的主梁位移、主梁应力以及斜拉索力差值。 斜拉索刚度增加10%主梁竖向位移变化 斜拉索刚度增加10%主梁应力变化斜拉索刚度增加10%斜拉索力变化图7 斜拉索刚度增加10%参数变化由以上图形分析，斜拉索刚度增加对主梁弯矩以及斜拉索索力影响极小，对主梁竖向位移产生一定影响，但变化最大数值不足7mm，基本可以忽略。3、主梁刚度误差分析将主梁C50混凝土的材料弹性模量E增加10%，通过计算分析得出该状态与成桥状态相比的主梁位移、主梁应力以及斜拉索力差值。 主梁刚度增加10%主梁竖向位移变化 主梁刚度增加10%主梁应力变化主梁刚度增加10%斜拉索力变化图8 主梁刚度增加10%参数变化由以上图形分析，主梁刚度增加10%，主梁竖向位移和主梁上下缘应力变化均非常小，斜拉索力变化相对而言也基本可以忽略，所以主梁刚度变化对该桥影响不大。五、混凝土收缩徐变影响混凝土的收缩徐变受很多因素的影响，离散性大，在施工过程的计算分析中很难正确的模拟。影响混凝土徐变的主要因素是混凝土截面的大小、形状以及环境条件。在收缩徐变影响下主梁竖向位移、主梁应力、以及斜拉索索力变化图如下： 收缩徐变影响下主梁竖向位移变化 收缩徐变影响下主梁应力变化收缩徐变影响下斜拉索力变化图9 收缩徐变影响下参数变化由以上分析，混凝土收缩徐变对主梁竖向位移以及主梁应力影响非常小，但是由于混凝土收缩徐变会引起斜拉索索力发生变化，不容忽视。根据以上对各种参数误差的影响分析，可以得出：一、自重、斜拉索索力的影响较为显著，影响主要方面为主梁