斜彎獨(dú)塔混合梁斜拉橋參數(shù)敏感性分析

楊懋， 繆長(zhǎng)青， 王旭東

(東南大學(xué)土木工程學(xué)院， 南京 211189)

斜彎獨(dú)塔混合梁斜拉橋作為一種新型的斜拉橋結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合了鋼箱梁跨度大和混凝土箱梁剛度大的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的受力性能、跨越能力和經(jīng)濟(jì)性，斜彎橋塔也增加了橋的美觀性。同時(shí)，復(fù)雜的體形結(jié)構(gòu)也增加了施工難度，受結(jié)構(gòu)參數(shù)變化影響程度大。

近年來，學(xué)者們針對(duì)各類斜拉橋的參數(shù)敏感性分析開展了大量研究。王生武等[1]以安徽某大橋?yàn)楸尘埃敿?xì)分析了成橋狀態(tài)下，橋梁結(jié)構(gòu)自重、斜拉索索力和整體溫度三種參數(shù)對(duì)異型獨(dú)塔斜拉橋的影響。鮑英基等[2]以洪溪特大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，研究拉索索力、預(yù)應(yīng)力、橋面鋪裝層厚度以及混凝土徐變系數(shù)4個(gè)參數(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁矮塔斜拉橋運(yùn)營(yíng)階段主梁的應(yīng)力和位移的敏感性。周勇軍等[3]以某預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，選取梁重度與剛度、斜拉索初張力與剛度、溫差荷載和預(yù)應(yīng)力效應(yīng)為控制對(duì)象，研究了其對(duì)成橋狀態(tài)下主梁線形的影響程度，并根據(jù)敏感程度大小將各參數(shù)劃分成3個(gè)等級(jí)。

目前，斜拉橋參數(shù)敏感性的研究對(duì)象主要集中在主梁形式單一的預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋或者鋼箱梁斜拉橋，對(duì)參數(shù)的選擇多為主梁自重、預(yù)應(yīng)力和整橋整體溫度變化，對(duì)于異型橋塔混合梁結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)敏感性研究較少，且缺少較為明確的敏感度評(píng)估體系。鑒于此類橋梁在運(yùn)營(yíng)和成橋過程中受到的影響因素較多，為研究此類斜拉橋的參數(shù)變異對(duì)成橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響規(guī)律，以一座異型橋塔混合梁斜拉橋?yàn)楸尘?，引入無量綱的參數(shù)敏感度指標(biāo)，以該橋成橋狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(內(nèi)力、位移、索力等)為控制目標(biāo)，分析成橋狀態(tài)下不同結(jié)構(gòu)參數(shù)影響結(jié)構(gòu)狀態(tài)的敏感度。

①～④軸線分別為0號(hào)墩、橋塔墩、輔助墩和邊墩?qǐng)D1 緯二橋橋型布置圖Fig.1 Bridge layout of Wei’er Bridge

1 工程概況

本橋?yàn)楫愋托睆潽?dú)塔斜拉橋，采用墩、塔、梁固結(jié)結(jié)構(gòu)體系，橋梁主梁部分為鋼-砼混合梁結(jié)構(gòu)形式，橋梁跨徑布置為47 m+86 m+29 m=162 m，如圖1所示。橋邊跨采用61 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，材料采用C60混凝土，且箱梁高度沿橋縱向變化；主跨為101 m扁平鋼箱梁，材料選型Q345qD鋼材，鋼箱梁鋼板厚度隨鋼箱梁段位置而改變；混凝土梁和鋼梁之間通過2.5 m鋼-混結(jié)合段連接，標(biāo)準(zhǔn)段橋梁中心線處高1.9 m，箱梁寬度為51 m，橋塔為變截面斜彎鋼塔，塔高約42 m，傾斜角度隨高度變化，沿橫橋向?qū)ΨQ布置。鋼橋塔分為上下兩個(gè)塔柱，上塔柱高29 m，為單肢矩形截面，下塔柱高13 m，為雙肢矩形截面。主跨布置24根斜拉索，為放射狀雙排索，上端錨固于主塔上，下端錨固于鋼箱梁上；邊跨布置4根背索，上端錨固于主塔上，下端錨固于混凝土主梁中間及端橫梁附近。

2 有限元模型建立

采用MIDAS Civil有限元軟件進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析，以左側(cè)支座點(diǎn)為原點(diǎn)，建立全橋空間桿系模型，如圖2所示。主梁采用魚骨梁模型，梁截面采用截面特性值計(jì)算法導(dǎo)入，其中預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁?jiǎn)卧捎肞lane形式生成截面，計(jì)算截面特性，通過變截面組平滑連接各混凝土箱梁；鋼箱梁?jiǎn)卧捎肔ine形式生成截面，計(jì)算截面特性計(jì)算，鋼箱梁厚度隨橋縱向變化；鋼混結(jié)合段通過實(shí)心混凝土箱梁和鋼箱梁疊加組合模擬[4]。對(duì)斜拉索，考慮拉索的垂度效應(yīng)，采用只受拉桁架單元模擬，并通過Ernst公式對(duì)其彈性模量進(jìn)行折減。異型橋塔同樣選取梁?jiǎn)卧M，導(dǎo)入帶肋空心鋼梁截面，通過調(diào)整梁?jiǎn)卧膬A角及創(chuàng)建變截面組順滑連接各單元[5]。分別通過約束全自由度的支座和可縱向活動(dòng)的豎向鉸支座模擬橋塔、梁、橋墩固結(jié)作用和輔助邊墩支撐作用；在塔梁連接處建立簡(jiǎn)化的無容重混凝土橫梁，模擬塔梁墩固結(jié)處內(nèi)力及剛度的分配關(guān)系；斜拉索與主梁和橋塔通過剛臂進(jìn)行連接。

圖2 橋梁整體MIDAS模型Fig.2 The overall MIDAS model of the bridge

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析

鑒于異型橋塔混合梁斜拉橋是一種由混合梁、異型塔、斜拉索三種構(gòu)件組合成的復(fù)雜空間超靜定體系，與傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)存在較大的區(qū)別，文中選用結(jié)合段位置、橋塔局部溫度、斜拉索初張拉力和背索傾斜角度四個(gè)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。在其他參數(shù)不變的情況下，控制單一參數(shù)變化，以成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)響應(yīng)(橋塔和主梁的內(nèi)力、位移以及索力等)為控制目標(biāo)，定性分析參數(shù)變化對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)的影響，確定關(guān)鍵參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的敏感性[6-7]。同時(shí)為了定量評(píng)判各個(gè)參數(shù)對(duì)控制目標(biāo)的影響程度，通過選取結(jié)構(gòu)特性值變化量與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)變化量的比值作為敏感度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[8]。敏感度公式為

(1)

式(1)中：sensi是一組無量綱的非負(fù)實(shí)數(shù)，反映成橋狀態(tài)下控制目標(biāo)p對(duì)參數(shù)變量i的敏感程度；Δp、Δi分別為控制目標(biāo)和參數(shù)變量的變化量。

通過對(duì)sensi中各實(shí)數(shù)的大小比較，可以對(duì)成橋狀態(tài)下各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性進(jìn)行評(píng)估。

在固定其余參數(shù)不變的情況下，以塔梁固結(jié)處彎矩值、橋頂縱向位移值、背索S1索力值、主梁跨中撓度作為控制目標(biāo)，計(jì)算某一參數(shù)變量在可能范圍內(nèi)的攝動(dòng)值下控制目標(biāo)值并組成控制點(diǎn)，采用牛頓差值公式[式(2)]，擬合出控制點(diǎn)的關(guān)系式，得到控制目標(biāo)隨著參數(shù)變化的變化曲線函數(shù)N(x)。對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)變量x，敏感度可用式(3)對(duì)變化曲線函數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)近似計(jì)算[9-10]。

二次牛頓差值公式為

N(x)=f(x0)+(x-x0)f[x0,x1]+

(x-x0)(x-x1)f[x0,x1,x2]

(2)

式(2)中：x為某單一結(jié)構(gòu)參數(shù)變量；x0、x1、x2為3種工況下控制目標(biāo)值。

(3)

3.1 鋼混結(jié)合段位置的影響分析

在斜彎獨(dú)塔混合梁斜拉橋中，鋼梁與混凝土梁結(jié)合段的位置直接改變了混合梁斜拉橋的質(zhì)量和剛度分布，是主梁剛度的突變點(diǎn)，對(duì)斜拉橋的受力和變形有著很大的影響，因此有必要通過改變鋼混結(jié)合段位置，研究其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響程度并確定敏感度大小[11-12]。選取結(jié)合段順橋向距離實(shí)際設(shè)計(jì)位置4.5、6.5、8.5 m三種情況。

為了便于進(jìn)行鋼混結(jié)合段位置對(duì)于控制目標(biāo)的影響分析，采用混凝土梁和鋼梁的跨度比η的概念[式(4)]，其中混凝土梁跨度為混凝土箱梁跨度和鋼混結(jié)合段跨度總和，具體數(shù)值如表1所示。

(4)

圖3、圖4給出鋼混結(jié)合段在3個(gè)不同位置時(shí)，下游塔柱鋼混結(jié)合段位置變化前后的彎矩和正應(yīng)力的差值?？梢钥闯?，結(jié)合段位置離實(shí)際位置距離增大時(shí)，下游塔柱彎矩和正應(yīng)力均減小，且隨著鋼混結(jié)合段越遠(yuǎn)離橋塔，橋塔彎矩和正應(yīng)力變化幅值越明顯，跨度比達(dá)到0.751時(shí)，橋塔彎矩最大變化幅值達(dá)到1 400 kN·m，正應(yīng)力最大變化幅值也達(dá)到0.9 MPa。

圖5、圖6給出鋼混結(jié)合段在3個(gè)不同位置時(shí)主梁撓度值和鋼混結(jié)合段位置變化前后的差值。由圖可見，鋼混結(jié)合段的位置變化對(duì)主梁和橋塔線形都產(chǎn)生了較大的影響。主梁中跨發(fā)生下?lián)?，最大變化幅度值達(dá)到25 mm，主梁邊跨產(chǎn)生上撓，沿橋縱向方向撓度變化值基本成對(duì)稱分布，且隨著鋼混結(jié)合段越遠(yuǎn)離橋塔，豎向撓度變化幅值都呈增大規(guī)律。在混凝土梁和鋼梁的跨度比為0.699的工況下，橋塔縱向變形未出現(xiàn)較大變化；在混凝土梁和鋼梁的跨度比為0.714和0.751的工況下，橋塔縱向變形出現(xiàn)較大浮動(dòng)，變化幅值明顯增大，最大差值達(dá)到4.5 mm。

表1 混凝土梁和鋼梁的跨度比Table 1 Span ratio of concrete beam and steel beam

表2列出了鋼混結(jié)合段位置變化前后所選4個(gè)控制目標(biāo)的數(shù)值，并根據(jù)式(2)、式(3)計(jì)算出敏感度。由表2結(jié)果可知，鋼混結(jié)合段位置對(duì)斜彎獨(dú)塔混合梁斜拉橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度從大到小依次為：塔頂縱向位移、主梁最大撓度、背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩。其中，混凝土梁和鋼梁的跨度比增大15.73%時(shí)，塔頂縱向位移、主梁最大撓度將分別減小30.3%，增加29.4%。混凝土梁和對(duì)鋼梁的跨度比變化18.2%時(shí)，塔頂縱向位移、主梁最大撓度、將分別增加162.8%%，增加37.5%?；炷亮汉弯摿旱目缍缺茸兓?4.4%時(shí)，塔頂縱向位移、主梁跨中撓度、將分別增加211.8%，增加41.8%。而混凝土梁和鋼梁的跨度比增大時(shí)，背索索力、塔梁固結(jié)處彎矩較初始位置變化很小。由以上分析可以看出，塔頂位移和主梁撓度對(duì)鋼混結(jié)合段位置較為敏感，而其對(duì)背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩影響較小。表明斜彎獨(dú)塔混合梁斜拉橋橋塔和主梁的線形容易受到結(jié)合段位置的影響，對(duì)控制橋梁變形起到了重要作用，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)重點(diǎn)考慮。

圖3 結(jié)合段位置變化前后下游塔柱彎矩差值Fig.3 The difference of the bending moment of the downstream tower column before and after the position change of the joining section

圖4 結(jié)合段位置變化前后下游塔柱正應(yīng)力差值Fig.4 The difference of the normal stress of the downstream tower column before and after the position of the bonding section changes

圖5 結(jié)合段位置變化前后主梁撓度值和差值Fig.5 The deflection value and difference of the main girder of the right pylon before and after the position of the connecting section changes

圖6 結(jié)合段位置變化前后下游塔柱縱向變形值和差值Fig.6 Longitudinal deformation value and difference of the downstream tower column before and after the position change of the combined section

表2 鋼混結(jié)合段位置對(duì)于控制目標(biāo)的敏感度Table 2 Sensitivity of steel-concrete joint position to control target

3.2 橋塔溫度變化的影響分析

由于橋塔單向受陽光照射，橋塔背陽處和向陽處溫度不均勻，產(chǎn)生日照溫差，導(dǎo)致橋塔產(chǎn)生撓曲變形。而本橋橋塔在縱橋向和橫橋向均采用異型曲線布置，屬于典型的異型橋塔，在受到局部溫差的影響時(shí)，橋塔的變形和受力問題更為顯著，所以有必要對(duì)橋塔在受到局部溫度荷載時(shí)進(jìn)行模擬分析。以系統(tǒng)無局部溫度荷載為基準(zhǔn)，選取橋塔順橋向前側(cè)面局部升溫20 ℃和橋塔順橋向后側(cè)面局部降溫10 ℃兩個(gè)工況進(jìn)行計(jì)算，模擬橋塔的單面受陽光照射導(dǎo)致的溫度不均勻情況，分別得到成橋狀態(tài)下兩種工況的主梁撓度和橋塔變形的改變量以及下游塔柱的彎矩值[13]。

圖7～圖9分別給出了在有限元模擬分析中，橋塔受到局部升溫20 ℃和局部降溫10 ℃后，橋塔的縱向變形和下游塔柱的彎矩值以及主梁的撓度變化。

從圖7～圖9的結(jié)果可以看出，成橋狀態(tài)下，橋塔局部溫度變化會(huì)對(duì)主梁和橋塔都產(chǎn)生一定程度的變形。局部升溫20 ℃荷載下，主梁中跨主要產(chǎn)生下?lián)献冃危瑩隙炔钪底畲筮_(dá)到1 mm。橋塔縱向變形有所減小，縱向變形變化幅度最大值達(dá)到8.5 mm，下游塔柱彎矩增大，變化幅值最大達(dá)3 000 kN·m。局部降溫10 ℃荷載下，主梁中跨主要產(chǎn)生上撓，撓度變化值最大為0.5 mm，橋塔縱向變形主要呈增長(zhǎng)變化，變化幅度最大值達(dá)到4.2 mm，下游塔柱彎矩減小，變化幅值最大為1 500 kN·m。綜上，橋塔局部溫度荷載對(duì)主梁成橋線形影響較小，對(duì)橋塔成橋線形和橋塔下游塔柱彎矩影響較大。

表3 橋塔局部溫度變化對(duì)于控制目標(biāo)的敏感度Table 3 Sensitivity of the local temperature load of the pylon to the control target

圖7 橋塔局部溫度變化前后橋塔縱向變形值和差值Fig.7 The longitudinal deformation value and difference of the pylon before and after the local temperature change of the pylon

圖8 橋塔局部溫度變化前后下游塔柱彎矩值和差值Fig.8 The bending moment and difference of the downstream tower column before and after the local temperature change of the pylon

圖9 橋塔局部溫度變化前后主梁撓度值和差值Fig.9 The deflection value and difference of the main girder before and after the local temperature change of the bridge tower

表3列出了橋塔局部溫度變化前后所選4個(gè)控制目標(biāo)的數(shù)值，并根據(jù)式(2)、式(3)計(jì)算出敏感度。可以看出，塔頂縱向位移對(duì)橋塔局部溫度的敏感度達(dá)到6.452，橋塔固結(jié)處彎矩、背索索力和主梁中跨跨中撓度對(duì)橋塔局部溫度荷載敏感度都較低，當(dāng)橋塔局部升溫20 ℃時(shí)，塔頂縱向位移、主梁最大撓度和背索S1索力分別減小119.04%、減小4.16%和減小8.5%，橋塔縱向位移發(fā)生反向變形，當(dāng)橋塔局部降溫10 ℃時(shí)，塔頂縱向位移、主梁最大撓度和背索S1索力分別增加238.1%、增加1.35%和增加25.38%。由以上分析可得，橋塔局部溫度荷載對(duì)橋塔線形影響較大，對(duì)橋塔彎矩和主梁線形基本無影響，對(duì)斜彎獨(dú)塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意橋塔縱向變形，特別是塔頂縱向位移。

3.3 斜拉索初拉力的影響分析

由于測(cè)量、溫度變化、張拉技術(shù)的限制以及應(yīng)力松弛等原因，橋梁斜拉索張拉時(shí)索力很難精確達(dá)到預(yù)定值，而且大橋運(yùn)營(yíng)過程中斜拉索的疲勞損傷也會(huì)導(dǎo)致斜拉索承載力變異，導(dǎo)致斜拉索承載力偏離正常設(shè)計(jì)狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大的影響[14]。因此,將斜拉索初拉力分別增加和減少10%，將有限元模擬值與理性成橋狀態(tài)下主梁撓度和橋塔縱向變形、下游塔柱彎矩進(jìn)行對(duì)比，分析斜拉索初拉力偏差對(duì)斜彎獨(dú)塔斜拉橋的影響。

圖10～圖12分別給出了在有限元模擬分析中，斜拉索初拉力增加10%和減小10%后，橋塔的縱向變形和下游塔柱的彎矩值以及主梁的撓度變化。

由圖10可知，斜拉索初張拉力增大10%，會(huì)使主梁跨中發(fā)生上撓，邊跨會(huì)出現(xiàn)些許下?lián)?，同樣斜拉索初張拉力減小10%，主梁跨中會(huì)發(fā)生下?lián)?，邊跨?huì)出現(xiàn)些許下?lián)?，撓度變化與初張拉力增大10%時(shí)基本成對(duì)稱分布，線性最大改變量發(fā)生在跨中右側(cè)，峰值達(dá)5 mm，影響程度在支座或橋墩附近較小在跨中部位附近變化幅度較大。

同樣，斜拉索初張拉力變化前后，下游塔柱正應(yīng)力也發(fā)生了較大變化， 由圖11可知，在下游塔柱的上肢和下肢交接處正應(yīng)力差值達(dá)到了4.5 MPa。

由圖12可知，斜拉索初張拉力變化也對(duì)下游塔柱彎矩產(chǎn)生了較大的影響，尤其在橋塔與主梁連接處，彎矩變化值達(dá)到8 000 kN·m，從橋底到橋頂，彎矩變化的幅值也逐漸減小。由此可見，該類橋梁的成橋下的線形以及內(nèi)力、應(yīng)力分布對(duì)斜拉索初張拉力都較為敏感。

表4列出了斜拉索初拉力變化前后所選4個(gè)控制目標(biāo)的數(shù)值，并根據(jù)式(2)、式(3)計(jì)算出敏感度。

圖10 斜拉索初拉力變化前后主梁撓度值和差值Fig.10 The deflection value and difference of the main beam before and after the change of the initial tension of the stay cable

圖11 斜拉索初拉力變化前后下游塔柱正應(yīng)力值和差值Fig.11 The normal stress value and difference of the downstream tower column before and after the initial tension of the stayed cable changes

圖12 斜拉索初拉力變化前后下游塔柱彎矩值和差值Fig.12 The bending moment and difference of the downstream tower column before and after the initial tension of the stayed cable changes

由表4結(jié)果可知，斜拉索初拉力對(duì)斜彎塔混合梁斜拉橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度從大到小依次為：塔頂縱向位移、跨中撓度、背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩。其中，斜拉索初拉力每增加10%，塔頂縱向位移、主梁最大撓度、背索索力、塔梁固結(jié)處彎矩將分別減少67%，增加26%，減少9.4%，增加7%。由以上分析可以看出，斜拉索初拉力對(duì)塔頂位移和主梁撓度較為敏感，而其對(duì)背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩影響較小，施工和成橋階段橋塔頂點(diǎn)處位移要注意監(jiān)控，背索索力也是重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。

表4 斜拉索初拉力對(duì)于控制目標(biāo)的敏感度Table 4 Sensitivity of initial tension of stay cables to control targets

3.4 背索傾角的影響分析

此橋橋塔為變截面斜彎鋼塔，橋面寬幅達(dá)51 m，同時(shí)屬于少背索體系，背索呈雙向傾斜，背索傾斜角度關(guān)系到墩、塔、梁、索的受力是否能夠達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，直接影響到斜拉索的合理索力分布，以及橋梁后期運(yùn)營(yíng)性能，所以有必要對(duì)背索傾角進(jìn)行分析研究，確定此類橋梁對(duì)背索傾角的敏感性程度。選用背索豎向傾角來更明確地分析背索傾角對(duì)異型橋塔混合梁斜拉橋的影響程度[15]。背索豎向傾斜角度即背索在x-z平面上投影與主梁順橋向的夾角(坐標(biāo)系規(guī)定如圖2所示)。

圖13～圖15給出了在有限元模擬中，通過改變背索在主梁上的錨固點(diǎn)位置改變背索豎向傾角時(shí)，橋塔下游塔柱的應(yīng)力值和彎矩值及其變化值。由圖13可知，無論背索豎向傾斜角度變大還是減小時(shí)，下游塔柱正應(yīng)力值都出現(xiàn)增大，最大幅值可達(dá)到4.7 MPa，隨著背索豎向傾斜角度增大，變化幅度減小，隨著背索豎向傾斜角度減小，變化幅度增大。下游塔柱剪應(yīng)力分別在橋塔鋼混結(jié)合段和雙肢交點(diǎn)處出現(xiàn)突變，變化幅度突出，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注。由圖14可知，橋塔剪應(yīng)力值變化不大，最大變化值達(dá)1.55 MPa，在鋼混結(jié)合段處發(fā)生突變后，變化幅度呈減小趨勢(shì)。由圖15可知，彎矩值在橋塔高9 m處，差值出現(xiàn)交叉變化，從正增加變成負(fù)減小，同樣在雙肢交點(diǎn)處突變后，變化幅度開始減小。

圖13 背索豎向傾斜角度變化前后下游塔柱 正應(yīng)力值和差值Fig.13 The normal stress value and difference of the downstream tower column before and after the vertical inclination angle of the back cable changes

圖14 背索豎向傾斜角度變化前后下游塔柱 剪應(yīng)力值和差值Fig.14 The shear stress value and difference of the downstream tower column before and after the vertical inclination angle of the back cable changes

圖15 背索豎向傾斜角度變化前后下游塔柱彎矩值和差值Fig.15 The bending moment and difference of the downstream tower column before and after the vertical inclination angle of the back cable changes

由表5可得，橋塔線形和主梁線型對(duì)背索豎向傾斜角度的敏感較高，其中，背索豎向傾斜角度變化3.5%，塔頂縱向位移、主梁最大撓度將較理想成橋狀態(tài)最大變化達(dá)102.6%和30.1%。背索豎向傾斜角度變化7%，塔頂縱向位移較理想成橋狀態(tài)最大變化也達(dá)到205.8%，主梁最大撓度將較理想成橋狀態(tài)變化70.2%。但在背索豎向傾斜角度變化的過程中，背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩變化并不明顯，所以敏感度不高。由以上分析可以看出，塔頂位移和主梁撓度對(duì)背索豎向傾斜角度較為敏感，而背索索力和塔梁固結(jié)處彎矩對(duì)背索豎向傾斜角度敏感度不高，施工過程中要嚴(yán)格選取背索的合理傾斜角度，后期運(yùn)營(yíng)過程中也要考慮對(duì)橋塔頂點(diǎn)和主梁跨中撓度重點(diǎn)監(jiān)控，塔柱雙下肢交叉處也要重點(diǎn)監(jiān)控。

表5 背索豎向傾斜角度對(duì)于控制目標(biāo)的敏感度Table 5 The sensitivity of the vertical inclination angle of the back cable to the control target

4 結(jié)論

對(duì)某異型橋塔混合梁斜拉橋建立空間幾何有限元模型，通過引入敏感性指標(biāo)，分析不同參數(shù)對(duì)成橋狀態(tài)下斜拉橋的影響程度，得出如下結(jié)論。

(1)主梁線形和橋塔縱向變形對(duì)鋼混結(jié)合段位置的敏感度較高，但塔梁固結(jié)處彎矩和背索索力的敏感度較低，所以在設(shè)計(jì)階段，鋼混結(jié)合段的位置的選取尤為重要。

(2)橋塔局部溫度荷載對(duì)橋塔線形的影響顯著高于對(duì)橋塔彎矩的影響，對(duì)主梁線形和塔梁固結(jié)處的影響可以忽略。在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮局部溫度荷載的影響，合理地選取對(duì)局部溫度荷載敏感度高的關(guān)鍵構(gòu)造參數(shù)，保證橋梁運(yùn)營(yíng)的安全性。

(3)成橋狀態(tài)下橋塔線形及主梁豎向撓度對(duì)斜拉索初拉力較為敏感，在施工階段中要嚴(yán)格控制斜拉索初拉力的的精度，保證索力的合理性和安全性，避免因索力變異和施工誤差對(duì)橋梁后期運(yùn)營(yíng)過程產(chǎn)生安全問題。

(4)背索豎向傾斜角度在斜彎獨(dú)塔斜拉橋中較為顯著，其對(duì)主梁和橋塔的線形以及橋塔受力和背索拉力均有較大影響，是控制斜拉索結(jié)構(gòu)整體平衡和橋塔局部平衡的重要構(gòu)件，在設(shè)計(jì)階段，要考慮橋塔的合理受力，嚴(yán)格選取背索的合理傾斜角度。