转体斜拉桥施工控制中的参数敏感性分析

《转体斜拉桥施工控制中的参数敏感性分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转体斜拉桥施工控制中的参数敏感性分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第35卷 第6期东 北 林 业 大 学 学 报Vol . 35 No. 6 2007年6月JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRYUN I VERSITYJun. 2007转体斜拉桥施工控制中的参数敏感性分析王立峰 袁崇伟 孙永存(东北林业大学,哈尔滨, 150040)摘 要 以绥芬河斜拉桥转体施工为例,对斜拉桥施工监控中的设计参数敏感性进行了分析。选择主梁自重、 混凝 土弹性模量、 斜拉索张拉力和刚度、 混凝土收缩徐变及温度变化等设计参数,采用桥梁有限元分析软件 桥梁博士计 算软件对各参数下的结构响应进行了敏感性分析,提出了影响大跨度预应力混凝土斜拉桥施工监控的主要参数。

2、关键词 施工控制;参数敏感性分析;转体斜拉桥 分类号 U448. 27 Parameter Sensitive Analysis on Construction Control of Rotational Cable2Stayed Bridge/Wang Lifeng,Yuan Chongwei, Sun Yongcun(School of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, P.R.China) / / Journal ofNortheast ForestryUniversity . - 2007,

3、 35(6). - 4243, 62 An experimentwas conducted to analyse the sensitivity of some design parameters in construction monitoring of cable2 stayed bridge taking Suifenhe rotational cable2stayed bridge as an example. Some design parameters, deadweightof beam, modulus of elasticity of concrete, cable forc

4、e and stiffness of cable2stayed bridge, shrinkage and creep of concrete, linear expansion coefficient of cable, and difference in temperature, were selected for sensitive analysis using finite element anal2 ysis soft ware for bridges (Dr . Bridge computation soft ware). The principalparameters influ

5、encing the constructionmonito2 ring of cable2stayed bridge is presented. Key words Construction control; Parameter sensitive analysis; Rotational cable2stayed bridges桥梁结构设计参数的变化可导致结构内力和形状的改 变,关系着最终成桥阶段的合拢精度和结构内力与预期值的 吻合程度,从而影响桥梁的线型平顺和安全1。笔者以绥芬河斜拉桥为研究对象,运用桥梁博士3. 0结 构有限元分析软件,以成桥线形及合理索力作为主要控制目 标,分析各设计参

6、数的敏感性,找出施工监控的主要参数。其 步骤包括: 将各设计参数的变化幅度控制在 10%左右。 选定控制参数,运用结构分析软件计算参数变化后各控制 点的结构响应。 根据影响程度确定主要参数。1 工程概况绥芬河斜拉桥主桥是桥跨100m +100 m、 塔梁墩固结、 独 塔单索面的预应力混凝土转体施工斜拉桥,如图1所示。上部 结构为预应力混凝土单箱三室,桥面宽度23. 5m,梁高1. 98m, 每个施工梁段长为9. 8m,两端各预留2m转体后与两端边墩 相接的现浇段。桥塔采用矩形塔、 箱形截面,自桥面铺装以上 主塔高61 m,共18对斜拉索。桥墩采用重力式,墩高11. 7 m,基础采用钻孔灌注桩。

7、设计荷载为城- A级,人群4 kN / m2;主梁混凝土设计标号为C50。笔者以该桥为研究对象,对 主梁自重、 混凝土弹性模量、 斜拉索张拉力和刚度、 混凝土收 缩徐变和温度变化等设计参数进行了敏感性分析。2 设计参数的结构响应敏感性分析绥芬河斜拉桥主梁施工过程中,采用顺铁路方向支架上预 制,然后进行水平转体70. 2,就位后进行锁定。因此对于最大悬 臂阶段的主梁标高控制就显得尤为重要,这将直接关系着主梁的 合拢精度、 成桥后的线形及附加内力。因此,将主梁在最大悬臂 状态下的标高作为主要参数。选取的主梁结构简图如下。 花园路方向 黄河路方向 9 8 7 6 5 4 3 2 1012345678

8、9第一作者简介:王立峰,男, 1971年6月生,东北林业大学土木工 程学院,讲师。 收稿日期: 2006年10月16日。 责任编辑:戴芳天。图1 绥芬河斜拉桥结构 2. 1 9、9 号梁结构自重变化的影响 绥芬河斜拉桥主梁容重采用26. 5 kN /m3。结构计算时, 采用调整容重的方法模拟梁自重变化。选择了最大悬臂状态 的9、9 号梁段同时增减自重10%和5% (见表1) ;又选取了 花园路方向的9号梁段超重10%、5% ,同时黄河路方向的9 号梁段减重10%、5%的不对称变化工况(见表2) ,分析其对 最大悬臂端标高的影响,同时计算主塔的水平位移值。 从表1可知, 9、9 号梁段自重同时增

9、加5% ,对于主梁最 大悬臂端的挠度影响不到1 cm,最不利状态对主塔的水平位 移影响不到3 cm;梁段自重变化超过5%以后,主塔水平位移 变化不明显。而对挠度的影响,需要作为次要设计参数关注。 表1 9、9 号梁自重的对称变化影响值梁重变 化率%主梁竖向挠度/mm 花园路端黄河路端主塔水平位移 变化值/mm- 10- 20- 2226- 5- 10- 122551413- 25102725- 25注:竖向位移正值表示向下,负值表示向上。水平位移正值表示 向左,负值表示向右,下同。 从表2可知,不对称的梁自重每变化5%对于主梁的挠 度影响6 cm左右,对于主塔的最大水平位移变化也达到了9 cm

10、。因此,其梁端的不对称变化在施工中要给予关注。临时 荷载应对称堆放。由于主塔水平位移变化达到9 cm,在固结 处会产生较大的内力。所以选取梁自重不对称变化10%引起固结点处的剪力与弯矩和每段主梁跨中弯矩(如图2)等的 影响作为分析的对象。 表2 9、9 号梁自重的不对称变化影响值梁重变 化率%主梁竖向挠度/mm 花园路端黄河路端主塔水平位移 变化值/mm- 10, 10- 124130100- 5, 5- 6467705, - 569- 67- 1010, - 10131- 127- 50注: - 10% , 10%表示花园路方向9号梁减重10%、 黄河路方向9 增重10% ,下同。图2 混凝

11、土容重变化10%的主梁弯矩影响 1 - 9号梁在黄河路方向也对应的表示1- 9 号梁 同时计算得最大固结点的弯矩变化值为5 400 kNm,剪 力变化值为92 kN。 可见,当达到最大悬臂状态时, 0号块、1、1 号块的弯矩 影响较大。监控时,应着重测试该位置的应变值。 2. 2 混凝土弹性模量变化的结构影响 由于施工过程中混凝土实际弹性模量与按规范取值不一 致。因此结构分析计算时,假定混凝土28 d弹性模量提高系 数在0. 91. 1范围内变化。 表3 9、9 号梁段的变化影响值弹性模量模变化率%主梁竖向挠度变化值/mm 花园路端黄河路端 - 1031 - 531 530 1020从表3可知

12、,弹性模量变化达到10%时,对主梁最大悬 臂端挠度的影响仅在3 mm左右,几乎可以忽略不计。由此 得出弹性模量对于结构的影响十分微弱。 2. 3 斜拉索张拉力及刚度影响 斜拉索是斜拉桥的主要承重构件,索力的变化会直接引起 主梁线形和内力产生较大变化。由于目前测量索力的各种方 法都存在一定误差,因此斜拉索张拉时很难达到指定的索力 值,这就要求我们在施工控制前必须了解索力误差对桥梁结构 的影响程度。现假设两侧9#、10#索力超张拉5% ,成桥状态下 的索力、 应力及主梁挠度影响见图3 (图示差值=考虑9#、10# 索超张拉5%状态-不考虑9#、10#索超张拉5%状态)。图3 表明,某一斜拉索索力增

13、大将导致相邻索力的减小,对本阶段之 前已经张拉索在成桥状态下的索力影响较大。已浇筑梁段产生 一定的正弯矩增量,造成局部梁段标高明显偏高。所以索力误差 对成桥后的主梁标高和索力的影响不容忽视。 斜拉索的刚度误差主要来源于成品索钢丝的E和A0。 由于钢丝的制作精度较高,钢丝的截面面积和弹性模量都比 较稳定。因此,这项误差通常不大,不予考虑。只是斜拉索的 垂度会引起索的轴向刚度下降。经验表明:运用Ernst公式换 算弹性模量予以修正,其精度已经足够。Ernst公式2:Ei=Eeff1 +(WL)2A12F3Eeff。式中:Eeff为包括刚束压密影响在内的有效弹性模量;W为单 位长度斜拉索的重力; L

14、为索的水平投影长度; A为索的横截 面面积; F为索内的张力。图3 9、10号索超张拉5%引起成桥状态下主梁索力、 应力、 挠度变化 2. 4 混凝土收缩徐变的影响 预应力混凝土桥梁在施工过程中,由于混凝土龄期短,收 缩徐变对桥梁结构会产生比较大的影响。特别是采取分段施 工的预应力混凝土斜拉桥,主梁在架设过程中的收缩徐变明 显,其结构内力十分复杂。最大悬臂状态的结构影响的计算 分析得出,混凝土收缩徐变的影响使悬臂端的最大挠度差值 接近4 cm。同时又进行了成桥1、3、5 a后的挠度影响比较。 从表4、 图4可知,混凝土的收缩徐变对于成桥的线型影 响明显,特别是对于成桥5 a后两跨跨中挠度依然有

15、比较明 显的影响。要求在计算分析时对于混凝土收缩徐变的影响要 准确模拟。 表4 混凝土收缩徐变影响值收缩徐变影响主梁竖向挠度变化值/mm 左悬臂端右悬臂端 不计收缩徐变- 35- 37图4 混凝土收缩徐变的主梁挠度影响 2. 5 温度变化敏感性分析 桥梁在施工过程中的温度影响,通常可分为年温差影响 和局部温差影响两类。年温差影响主要是指气温随季节发生 周期性变化时对结构所起的作用;局部温差影响,主要是指日 照等因素的影响,由于结构物各部分受日照影响的程度有差 异而导致各部分的温度变化不均匀。斜拉桥在施工过程中同 时受这两种温度变化的影响3。(下转62页)34第6期 王立峰等:转体斜拉桥施工控制

16、中的参数敏感性分析 图5 PP、HDPE、PS共混材料的存储模量3 结论在一定的工艺条件下,以一种热塑性聚合物为连续相,按 比例加入另外1种或2种热塑性聚合物作为分散相,采用单 双螺杆挤出机组,可以实现聚合物之间的熔融共混。 PP、HDPE、PS 3种或其中2种之间混合,由于他们之间 表面张力大、 表面能相差高、 相容性差,导致界面间缺少必要 的黏结力,相间存在间隙,宏观上表现为共混后强度低。 提高共混聚合物的力学性能,需要控制聚合物之间的比 例并且加入偶联剂;加入热塑性弹性体可以改善共混物的挤 出成型效果和提高冲击强度,但会引起其它力学强度的下降, 因此加入比例必须控制在一定范围内。从扫描电子显微镜可观察到偶联剂起到了增容作用;通 过动态热机械性能分析可知,无论2种还是3种聚合物共混, 加入偶联剂可以使存储模量增加,共混物出现明显的玻璃化 温度转变点。