斜塔斜拉桥参数敏感性分析

杨清宝

(山西诚达公路勘察设计有限公司，山西太原 030600)

0 引言

实际监控工作中不会出现监测值与计算值完全吻合的情况，两者偏离较大时就难以进行后续施工阶段的预测，容易出现成桥状态偏离设计较远，这就需要进行误差调整。误差调整从两方面着手，一方面尽可能消除测量噪声［1］;另一方面要修正计算模型。计算模型的修正首先要进行参数识别，即参数敏感性分析，通过修正敏感参数忽略次要参数的影响，达到准确预测与监控的目的。

城市景观类中小跨径斜拉桥不乏有采用满堂支架施工的案例。斜拉桥施工方法和安装过程与成桥后主梁线形和结构内力有密切关系，同时受混凝土徐变、收缩的影响，使斜拉桥在施工中受力十分复杂［2］。本文主要就主梁容重、整体升降温、拉索施工张拉索力对斜塔斜拉桥成桥状态的影响进行分析，并在新疆阿勒泰红墩路跨河斜拉桥施工监控中得到应用。

1 桥梁结构

1.1 桥梁概况

新疆阿勒泰红墩路跨河斜拉桥主桥为塔梁墩固接的两跨一联独斜塔单索面斜拉桥，跨径布置为50.75m+20.25m，主梁为单箱三室预应力混凝土箱梁，标准梁高2.1m，最大梁高2.9m，桥面宽度24m，按3+7.5+3+7.5+3横向布置桥面。

主塔高度27.45m，斜拉索采用平行钢绞线，拉索梁端张拉，塔端采用分丝管与抗滑键进行锚固，全桥共设11对拉索。主梁采用满堂支架施工，斜拉索全部张拉完成后方可拆除主梁下支架。

1.2 桥梁模型

全桥有限元模型采用桥梁通用空间有限元程序建立，一共划分24个施工阶段。主塔、主梁与主墩均采用梁单元进行模拟，拉索采用桁架单元进行模拟，索的非线性影响通过等效弹性模量进行折减［3］。塔梁墩共节点，支座及支架约束均采用只受压弹性支撑进行模拟。施工阶段按照实际施工步骤进行模拟。

建模基本参数:主塔容重为27.2kN/m3，弹性模量为3.5×104MPa;主梁容重为26.8kN/m3，弹性模量为3.4×104MPa;拉索容重为95.6kN/m3，线胀系数为1.0×10－5;混凝土收缩终值均为2.0，混凝土收缩徐变终值均为1.5×10－4;主梁预应力采用15.24号钢绞线，弹性模量1.95×105MPa，张拉控制应力1395MPa，松弛率0.035，摩阻系数为 0.25，偏差系数为 0.001，锚具变形量为 0.006;大跨侧支座弹簧常数为17899kN/m3，小跨侧支座弹簧常数为10655kN/m3，主梁下支架弹簧常数为2518kN/m3。

2 参数敏感性分析

2.1 主梁容重敏感性分析

主梁素混凝土容重按实验室试块称重得到，主梁容重计入配筋影响，取值为26.8kN/m3。考虑到施工中实际浇筑的混凝土与实验室有差别，并按不利情况假设胀模、超方等因素引起主梁超重，换算成容重增大2%。主梁容重对成桥状态主梁线形、主梁应力及拉索索力影响如图1～图3所示。

由图中可看出，采用满堂支架施工，挂索完成后方能拆除梁下支架的主梁，容重增大2%对成桥状态主梁挠度最大影响约为4.5%，对主梁应力最大影响约为3.3%，对拉索索力最大影响约为0.32%。可见，满堂支架法施工的斜塔斜拉桥主梁容重是成桥状态非常敏感的参数。

2.2 整体升降温敏感性分析

整体升降温均按阿勒泰地区可能出现的最大年温差来取值，其中整体升温取为34℃，整体降温取为46℃。整体升降温对成桥状态主梁线形、主梁应力以及拉索索力的影响如图4～图7所示。

以上分析可看出，整体升温34℃与整体降温46℃对成桥状态主梁线形、主梁应力及拉索索力影响显著。其中主梁挠度差值最大可达5.5mm，主梁应力差值最大为0.6MPa，索力最大影响量110kN。寒冷地区，年温差大的情况下同类型桥梁的设计与施工应重视温差影响。

2.3 拉索张拉索力敏感性分析

拉索张拉索力受张拉机具精度影响等，施工过程中会存在偏差。假设张拉索力存在±10%偏差，以设计张拉力计算得到的成桥状态作为基准进行对比，影响分析如图8～图11所示。

图8～图11表明，索力增大(减小)10%引起主梁挠度差值绝对值最大为3.25mm，占成桥状态15%;主梁应力差值绝对值最大为0.5MPa，占成桥状态8.3%;拉索索力差值绝对值最大为240kN，占成桥状态10%。拉索张拉索力是成桥状态非常敏感的参数，施工中应严格控制误差。

3 成桥状态

明确各参数对目标值的敏感程度后可相应的对参数进行估计与修正。参数估计［4］是把实测数据(结果)作为已知量，把该结果的敏感性参数作为未知量进行反算，或者采用试算法多次试算得到参数的估计量并对模型进行修正。红墩路跨河桥通过该方法进行施工监控，使得施工成桥状态与设计成桥状态基本吻合，主梁标高误差控制在5%以内，主梁与主塔应力状态良好。成桥后的11对索力值见表1。

表1 成桥索力值

4 结语

1)通过对斜塔斜拉桥进行参数分析，以设计参数计算得到的成桥状态为基准，比较参数变化时计算得到的主梁挠度、主梁应力以及拉索索力差值，得出该桥型的敏感性参数:主梁容重、整体升降温、拉索索力。2)不计次要参数的影响，对敏感性参数做参数估计，将计算模型修正，同时尽可能的消除测量噪声，控制计算值与实测值偏差范围，达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态偏差的目的。3)将上述方法运用到新疆阿勒泰红墩路跨河斜拉桥施工监控中，取得了良好的效果。

［1］赵文武，幸克贵.预应力混凝土斜拉桥自适应施工控制分析［J］.工程力学，2006，23(2):78-83.

［2］刘旭政，黄平明，许汉铮.独塔斜拉桥参数敏感性分析［J］.长安大学学报(自然科学版)，2007，27(6):63-66.

［3］蒋维刚，徐利平.超大跨径斜拉桥受力特性分析［J］.山西建筑，2011，37(3):161-162.

［4］郝 超.大跨度钢斜拉桥的施工监控及其目标精度值［J］.中国公路学报，2003，16(1):54-57.

［5］颜东煌，文 钰，刘光栋，等.斜拉桥的施工最优控制［J］.国外公路，1999，19(3):53-58.