(1.华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045;2.中铁三局集团有限公司运输工程分公司,晋中030600)
摘 要:多跨环形矮塔斜拉桥在施工过程中由于施工误差,测量误差等原因,使得理论参数和实际施工的参数之间有不可避免的误差,使得桥梁的施工过程和理论误差不断累积,对施工过程产生不利影响,因此,以伊犁河三桥为研究背景,建立结构有限元分析模型,研究影响桥梁线形变化的敏感性参数,通过调整有限元模型中的混凝土弹性模量,混凝土容重,斜拉桥刚度,斜拉索索力等参数,观察其与调整前的差值变化量来确定哪些为该多跨环形矮塔斜拉桥施工的敏感性参数,为后续该桥梁的参数识别提供依据,从而使得有限元模型接近实际施工状态,从而该桥梁的精准施工监控,同时为异形桥塔的多跨矮塔斜拉桥提供敏感性参数分析的思路。
关键词:多跨斜拉桥,线形变化,参数模拟,环形钢桥塔,矮塔斜拉桥,受力分析
中图分类号:文献标识码:文章编号:
Analysis of key factors of stress state of multi-span low-tower cable-stayed bridge
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矮塔斜拉桥是由拉索、主梁和桥塔组成的一种介于连续刚构桥和斜拉桥的新型桥梁,有着“刚柔并济”的特点[1] 。由于矮塔斜拉桥结构参数较多,且受外部因素影响较大,容易使实际成桥状态与理论状态出现偏差[2]。卫康华等[4]对塔墩梁固结的矮塔斜拉桥进行了温度相关的参数敏感性分析,得出索梁温差对该桥影响明显。徐佰顺等[5]研究了曲线矮塔斜拉桥的参数敏感性。
本文以新疆伊犁河三桥为例,针对三塔四跨双索面预应力混凝土梁矮塔斜拉桥的线形精准控制问题,设定结构有限元模拟分析模型,研究了影响成桥线形的重要元素:结构体系参数(混凝土弹性模量、拉索弹性模量等)、施工方法及偏差(索塔偏位、拉索定位及索力、梁段自重、主梁预应力、桥面铺装等)、温度(整体温差、局部温差),得出线形控制的关键性参数,结合施工监控,对现场数据进行分析,纠正调整施工参数,得到合理的成桥状态,可用于类似结构体系的施工控制。
1工程概况
伊犁河三桥坐落于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州伊宁市,主桥为三塔四跨环形矮塔斜拉桥,长492m , 桥跨结构为(86+160+160+86) m, 结构体系为塔墩固结、塔梁分离体系,见图 1。 主梁宽27.5m , 采用变高度斜腹板单箱三室断面 。主梁根部梁高 6.8m,跨中及边跨直线段梁高 3.0m,梁底曲线按2次抛物线变化。箱梁外侧采用斜腹板,见图1.
图1 主桥立面
数值模拟
采用Midas Civil 建立主桥结构有限元分析模型,全桥共568个单元,699个节点,见图2.
图2 主桥计算模型
影响因素分析
混凝土弹性模量
图3为在基准模型的基础上,调整主梁弹性模量后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
悬臂浇筑施工,混凝土弹性模量未达到理论计算值时就开始下一个阶段的施工,主梁的刚度受到影响,其线形随混凝土弹性模量的变化而产生改变[7]。模拟结果表明:主梁弹性模量变动5%,成桥阶段主梁线形改变值最大约为3.2mm,变动10%,线形改变值大约为7mm。见图3。
图3调整主梁弹性模量前后主梁位移差值
3.2拉索弹性模量
图4为在基准模型的基础上,调整拉索弹性模量后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
拉索弹性模量变动5%,成桥阶段主梁线形改变值最大约为1.2mm,变动10%,线形改变值最大约为2.3mm,见图4。
图4调整拉索弹性模量前后主梁位移差值
3.3 梁段自重
图5为在基准模型的基础上,调整主梁自重后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
随着主梁悬臂浇筑延伸,挠度偏差增大,对主梁线形的影响也逐渐加大[9],线形差值最大处位于边跨跨中和中跨四分点附近,挠度变化幅度大致相同,见图5
图5调整主梁自重前后主梁位移差值
3.4拉索位置
图6为在基准模型的基础上,调整拉索锚固点高程后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
锚点高程变化5cm,成桥时主梁挠度最大变化约为0.4mm,锚点高程变化10cm,挠度最大变化约0.8mm,见图6
图6调整拉索锚固点高程前后主梁位移差值
3.5拉索张拉力
图7为在基准模型的基础上,调整拉索张拉力后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
拉索张拉力变动5%,主梁线形变化最大值约为5mm;变动10%,线形变化最大值约为12mm。见图7
图7调整拉索张拉力前后主梁位移差值
3.6主梁预应力
图8为在基准模型的基础上,调整主梁预应力后,主梁的竖向位移差值,通过分析得到如下结论:
主梁预应力变动5%,成桥阶段主梁线形改变值最大约4.5mm,变动10%,成桥阶段主梁线形改变值最大约为9mm,预应力变动的影响,中跨比边跨表现更加明显,主要集中在跨中合龙断附近位置处,见图8
图8调整主梁预应力前后主梁位移差值
4 关键因素分析
4.1 关键因素的确定
为确定关键影响因素,便于开展针对性的施工控制.分析可得成桥阶段混凝土主梁线形对于参与分析的结构参数变化的敏感程度见表2
影响因素 | 差值上限 | 差值下限 | 最大差值 | 影响程度 |
混凝土弹性模量 | 6.8 | -6.0 | 6.8 | B |
拉索弹性模量 | 2.2 | -2.3 | 2.3 | C |
梁段自重 | 21.9 | -21.9 | 21.9 | A |
拉索位置 | 0.9 | -1.0 | 1 | C |
拉索张拉力 | 11.1 | -11.1 | 11.1 | A |
主梁预应力 | 8.8 | -8.8 | 8.8 | B |
表2各参数调整后主梁位移差值的最大幅值
5 结论
多跨异形矮塔斜拉桥相对于普通矮塔斜拉桥受力形式更加负责施工监控难度更高,对该类型斜拉桥进行准确的敏感性参数分析十分重要,通过分析得到一下结论。
(1)拉索张拉力、梁段自重影响、主梁中跨预应力、混凝土弹性模量、整体升降温中的整体升温为主要影响因素。
(2)拉索弹性模量、拉索定位、影响极小,为次要影响因素,基本可以忽略。
参考文献
[1]陈从春,周海智,肖汝诚.矮塔斜拉桥研究的新进展[J].世界桥梁,2006,(01):70-73+80.
[2]易伦雄.主跨588 m非对称矮塔公铁两用斜拉桥设计研究[J].桥梁建设,2019,49(04):64-68.
[3]刘榕,伍英,丁延书,等.多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J].铁道科学与工程学报,2018,15(05):1224-1230.
[4]卫康华,罗浩,杨孟刚.塔墩梁固结的三塔四跨矮塔斜拉桥成桥状态力学参数研究[J].铁道科学与工程学报,2017,14(05):988-996.
[5]徐佰顺,钱永久,李豹,等. 大跨径曲线矮塔斜拉桥参数敏感性分析 [J]. 世界桥梁, 2016, 44 (05): 62-66.
[6]刘小军.外倾式矮塔斜拉桥Y型主塔结构优化及参数研究[J].公路交通科技,2018,35(07):58-64.
[7]孟城,周小勇,陈鹰,等.混凝土弹性模量时变效应对刚构桥线形控制的影响[J].铁道建筑,2018,58(06):25-28+35.
[8]黄灿,赵雷,卜一之.特大跨度斜拉桥几何控制法单参数敏感性分析[J].公路交通科技,2012,29(05):70-75.
[9]王学伟,卜一之,祝兵,等.六塔斜拉桥主梁制造阶段参数敏感性研究[J].公路交通科技,2015,32(01):76-82.
[10]金仁贵.宽幅矮塔斜拉桥线形控制关键因素分析[J].公路,2023,68(03):200-204.
[11]李涛.矮塔斜拉桥施工控制及受力分析研究[D].合肥工业大学,2017.
[12]周仕青.考虑温度场和应力场耦合的矮塔斜拉桥箱梁力学性能研究[D].重庆交通大学,2016.