大跨徑剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋合龍口敏感性分析

柯鵬

【摘要】本文以某剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)橐劳泄こ?，通過對橋梁合龍全過程進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，研究分析了橋梁中跨合龍前最大懸臂狀態(tài)下的合龍口變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力對溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等不確定因素的敏感性，確定它們之間的敏感性關(guān)系，為橋梁順利合龍?zhí)峁┝思夹g(shù)支撐，可為同類橋梁合龍施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】鋼桁梁橋;合龍;敏感性分析;不確定因素

剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋是一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式，鑒于這種橋型在國內(nèi)應(yīng)用較少，可借鑒的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)控等方面的經(jīng)驗(yàn)少，因此往往很難準(zhǔn)確地把握此類橋梁在合龍過程中不同外界因素對其應(yīng)力及線形的干擾，所以對影響該類橋梁中跨合龍的參數(shù)進(jìn)行有效識別，并進(jìn)行敏感性分析對橋梁合龍十分必要[3]。筆者以某大跨徑剛性懸索加勁鋼桁梁為背景，通過建立大型的空間有限元仿真計(jì)算模型，系統(tǒng)研究了溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降對合龍口變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響規(guī)律，得出的結(jié)論可為今后同類橋梁合龍?zhí)峁﹨⒖肌?/p>

1.工程依托背景

本文以某跨徑為（135+270+135）m的剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，其結(jié)構(gòu)為雙層橋面的路軌共建形式，上層為雙向六車道及兩側(cè)人行道，下層為雙線城市軌道交通，鋼桁梁采用矩形斷面，桁寬26.7m，桁高12.483m，準(zhǔn)節(jié)間長12.2m，全橋共44個(gè)節(jié)段，全長540m。橋梁中跨合龍采用“下降邊支點(diǎn)+P1墩鋼桁梁整體縱移”的方式，中跨合龍段位于11#節(jié)段，合龍前中跨側(cè)的兩臺橋面吊機(jī)均站位9#節(jié)段。由于橋梁合龍前合龍口的線形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力會受外界因素（如溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等）的影響，因此必須要對這些影響因素進(jìn)行研究分析，以確定這些參數(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)的敏感性，保證橋梁順利合龍。橋梁結(jié)構(gòu)布置見圖1～圖2。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

通過采用Midas civil有限元軟件仿真計(jì)算來模擬實(shí)際施工過程中的不確定因素變化，模型結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)劃分及離散單元見圖3。假定各個(gè)不確定因素（溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降）之間相互獨(dú)立，每次只考慮一個(gè)因素變動(dòng)，其他因素不變，由此來分析這個(gè)可變因素對橋梁合龍口變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響程度，并利用數(shù)據(jù)擬合的方式確定對應(yīng)的函數(shù)變化關(guān)系，分類來比較各個(gè)不確定因素對結(jié)構(gòu)的敏感程度[4]。

3.合龍口敏感性分析

橋梁中跨合龍工況為施工階段最為關(guān)鍵的工況之一，對于鋼桁梁橋中跨合龍施工方法來說，一些敏感性參數(shù)變化（溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等）會對合龍口狀態(tài)造成影響，需要這些參數(shù)進(jìn)行敏感性分析計(jì)算，以保證橋梁順利合龍。分析時(shí)，以鋼桁梁合龍口前端變形、中跨側(cè)弦桿根部應(yīng)力作為主要評價(jià)指標(biāo)，通過有限元模型中不同的仿真計(jì)算參數(shù)來模擬實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)作用的變化，涉及到的仿真計(jì)算參數(shù)主要有溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等。

3.1 溫度變化

本橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)合龍溫度為20℃，當(dāng)合龍口線形存在偏差時(shí)，可通過適當(dāng)調(diào)整實(shí)際合龍溫度對合龍口的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，這里按升溫、降溫5℃和10℃四種情況考慮溫度變化對合龍口狀態(tài)的影響。溫度變化對合龍口狀態(tài)的影響見下表1。

由表1可以看出：（1）溫度變化對弦桿根部應(yīng)力影響較小;（2）溫度變化與合龍口水平變形基本呈線性關(guān)系變化;（3）溫度變化對于合龍口豎向變形影響較小，對于合龍口水平變形影響較大。

通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷：溫度變化對合龍口水平變形的敏感性較大，故針對合龍口的水平偏差，可通過改變合龍溫度的方式來調(diào)整合龍口誤差。

3.2吊機(jī)站位

架梁吊機(jī)自重230t，合龍前，站位9#節(jié)間，現(xiàn)場可通過改變吊機(jī)占位，達(dá)到改變懸臂前端合龍口線形的目的。吊機(jī)站位對合龍口狀態(tài)的影響見下表2。

由表2可以看出：（1）吊機(jī)站位對弦桿根部應(yīng)力影響較小;（2）吊機(jī)站位對合龍口豎向、水平變形影響均較小。

通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷：由于結(jié)構(gòu)剛度較大，吊機(jī)站位對合龍口變形的敏感性較小，故針對合龍口偏差較小時(shí)，可通過改變吊機(jī)站位的方式來調(diào)整合龍口誤差。

3.3邊支點(diǎn)升降

邊支座采用后安裝的方式施工，因此現(xiàn)場可以通過改變邊支點(diǎn)高程，達(dá)到調(diào)整中跨合龍口線形的目的。這里按小里程側(cè)邊支點(diǎn)上升、下降10mm和20mm四種情況考慮其對合龍口狀態(tài)的影響。邊支點(diǎn)升降對合龍口狀態(tài)的影響見下表3。

由表3可以看出：（1）邊支點(diǎn)升降對弦桿根部應(yīng)力影響較小;（2）邊支點(diǎn)升降與合龍口豎向變形基本呈線性關(guān)系變化;（3）邊支點(diǎn)升降對合龍口豎向變形影響較大，對于合龍口水平變形影響較小。

通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷：邊支點(diǎn)升降對合龍口豎向變形的敏感性較大，故針對合龍口的豎向偏差，可通過邊支點(diǎn)升降的方式來調(diào)整合龍口誤差。

4.結(jié)論

橋梁結(jié)構(gòu)施工過程復(fù)雜，在合龍前應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行敏感性分析，準(zhǔn)確把握各種不確定因素對結(jié)構(gòu)的影響，精準(zhǔn)地分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力及線形變化，為橋梁合龍?zhí)峁┘夹g(shù)保障。本文以某成功合龍的剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)橐劳泄こ?，研究分析了橋梁在最大懸臂狀態(tài)時(shí)中跨合龍口的變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力對溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等因素的敏感性，并得出如下結(jié)論：

4.1剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)自身剛度較大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力對各種不確定因素的敏感性較小。

4.2溫度變化對橋梁合龍口水平變形基本呈線性關(guān)系變化。

4.3邊支點(diǎn)升降對橋梁合龍口豎向變形基本呈線性形關(guān)系變化。

4.4溫度變化、邊支點(diǎn)升降對合龍口變形的敏感性較大，故針對合龍口存在偏差時(shí)，一般可采用此方法;吊機(jī)站位對合龍口變形的敏感性較小，故針對合龍口的誤差較小時(shí)，可采用此方法。

參考文獻(xiàn)

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[4]孫中洋，李家龍.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋變形及應(yīng)力敏感性分析[J].公路交通技術(shù)，2016（4）：76-79.

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[6]陳玉驥，伍洪澤.鋼桁梁橋縱梁和橫梁的受力分析[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，1996（2）：151-155.

【中圖分類號】TU393.3

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）02-0058-03