懸索橋索股架設(shè)參數(shù)敏感性分析

周偉， 夏雪蓮， 胡鐵山， 劉成勇

(1.湖北交投智能檢測股份有限公司, 湖北 武漢 430050；2.中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司, 湖北 武漢 430056；3.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司, 湖北 武漢 430051)

懸索橋施工中，主纜架設(shè)中的線形控制是關(guān)鍵。主纜架設(shè)分為基準索股架設(shè)及一般索股架設(shè)，其中基準索股架設(shè)精度是決定主纜線形的重中之重。王戒躁等對懸索橋主纜線形影響參數(shù)進行了敏感性分析，根據(jù)其影響程度把握線形控制重點。鐘繼衛(wèi)等認為大跨度懸索橋梁索股施工控制的主要技術(shù)要點包括關(guān)鍵參數(shù)收集、控制點確定、溫度跨度修正和調(diào)節(jié)比算法等。劉益等認為以主纜無應(yīng)力長度確定空纜線形是保證成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計要求的前提。李傳習(xí)等認為懸索橋施工控制的關(guān)鍵之一是根據(jù)成橋狀態(tài)線形計算主纜無應(yīng)力長度，再根據(jù)無應(yīng)力長度進行施工控制。 薛光雄等提出以成橋結(jié)構(gòu)線形為目標，通過空纜線形及絲股直徑計算基準絲股各跨控制點的理論高程，考慮不同溫度變化、索鞍預(yù)偏位置及塔頂偏位，確定控制理論高程進行測量控制。黃浩等考慮主索鞍偏移量等參數(shù)對空纜線形的影響，對懸索橋空纜線形進行了模擬計算。王力等針對懸索橋空纜線形對溫度變化敏感的特點，根據(jù)實際施工溫度誤差對空纜線形進行了修正。何博文等認為影響橋梁施工結(jié)構(gòu)行為的參數(shù)眾多，需對重點影響參數(shù)進行嚴格分析。該文以湖北棋盤洲長江公路大橋為研究對象，選取主纜無應(yīng)力長度、主跨跨度、溫度場、主纜彈性模量等參數(shù)，分析其對主纜空纜線形的影響。

1 工程概況

棋盤洲長江公路大橋(也稱黃石三橋)是湖北省蘄嘉(蘄春—嘉魚)高速公路的過江通道，橋跨布置為340 m+1038 m+305 m，矢跨比為1/9，主橋為1 038 m單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋(見圖1)。

圖1 棋盤洲長江公路大橋主橋總體布置(單位：標高為m ，其他為cm)

2 主纜線形的參數(shù)敏感性分析

選取主纜無應(yīng)力長度、主跨跨度、溫度場和主纜彈性模量等參數(shù)，分析這些參數(shù)變化對該橋主纜空纜線形的影響。

2.1 主纜索長對主纜線形的影響

分析主纜索長變化對主纜跨中標記點高程的影響。成橋平衡狀態(tài)計算模型中，限制各IP點水平和豎直位移，通過小幅調(diào)整索長，計算跨中標志點標高變化。如表1、圖2所示，索長每提升1 mm，中跨跨中標高變化約1.94 mm，主纜無應(yīng)力長度對懸索橋主纜空纜線形的影響較小；主纜無應(yīng)力長度對懸索橋空纜線形的影響表現(xiàn)為線性相關(guān)。

表1 索長變化對跨中標高的影響

圖2 索長變化對跨中標高的影響

2.2 主跨跨度對主纜線形的影響

由于錨碇、主塔實際施工誤差及溫度的影響，主跨實際跨度與理論值會存在偏差。在成橋平衡狀態(tài)下，固定散索鞍IP點的水平和豎直位移，小幅調(diào)整塔頂IP點的水平位移，計算主纜跨中標記點高程變化。如表2、圖3所示，主跨跨度變化與主纜跨中標高變化的比值Δh/Δu≈1.87～1.94，主跨跨度對懸索橋主纜空纜線形的影響較?。恢骺缈缍葘宜鳂蚩绽|線形的影響表現(xiàn)為線性相關(guān)。

表2 主跨跨度對跨中標高的影響

圖3 主跨跨度對跨中標高的影響

2.3 溫度對主纜線形的影響

在索股施工過程中，計算不同溫度下主纜跨中標記點的標高?？紤]索股受環(huán)境溫度的均勻升降溫情況，假定散索鞍和塔頂?shù)奈恢貌蛔?，以設(shè)計溫度20 ℃為基準溫度，溫度變化范圍為0～40 ℃，分析不同溫度間隔對主纜跨中標記點標高的影響。如表3、圖4所示，溫度對中跨跨中標高的影響相當大，溫度每升高1 ℃，標高變化接近25 mm，即Δh/Δt≈25 mm/℃，大跨徑懸索橋主纜空纜線形對溫度較敏感；溫度對懸索橋空纜線形的影響表現(xiàn)為線性相關(guān)。

表3 溫度荷載對跨中標高的影響

圖4 溫度荷載對跨中標高的影響

2.4 索股彈性模量對主纜線形的影響

索股的彈性模量會有一定波動。根據(jù)制造廠家現(xiàn)場試驗，該橋索股的彈性模量為1.98×105MPa。取彈性模量為1.94×105～2.02×105MPa，分析彈性模量變化對主纜空纜線形的影響。如表4所示，彈性模量變化1%時，跨中標高變化約27 mm，大跨徑懸索橋主纜空纜線形對主纜彈性模量較敏感；主纜彈性模量對懸索橋空纜線形的影響表現(xiàn)為線性相關(guān)。

3 結(jié)論

(1)大跨徑懸索橋中主纜空纜線形對溫度和主纜彈性模量較敏感，主纜架設(shè)前需測試主纜的彈性模量，施工過程中需及時監(jiān)測索股溫度，以準確有效地控制主纜線形；而主纜無應(yīng)力長度及主跨跨度對主纜空纜線形的影響較小。

表4 主纜彈性模量對跨中標高的影響

(2) 溫度、主纜彈性模量、主纜無應(yīng)力長度及主跨跨度對懸索橋主纜空纜線形的影響均表現(xiàn)為線性相關(guān)。