结构工程师
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多塔叠合梁斜拉桥施工结构参数敏感性分析

  摘 要:以二七长江大桥主桥为工程背景,基于有限元分析理论,运用有限元软件Midas-civil建立有限元模型,分别对几何,荷载,刚度,温度等参数进行敏感性分析,总结参数对结构内力、线形的影响及其变化规律,目的在于掌握参数变化时关键施工阶段结构内力及线形的变化范围是否危及结构的安全。计算结果表明,多塔叠合梁斜拉桥拉索索长和桥面板重量对结构受力影响最为明显,其他因素次之。


  关键词:多塔叠合梁斜拉桥;敏感性分析;结构参数引言斜拉桥属高次超静定结构,所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主梁线形、结构内力有着密切的联系。并且在施工阶段随着斜拉桥结构体系和荷载状态的不断变化,主梁线形和结构内力亦随之不断发生变化。因此,需对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析、验算,从而求得斜拉索张拉力和主梁挠度、主塔位移等施工控制参数,并依此对施工的顺序做出明确的规定,在施工中加以控制。通过模拟计算分析得到的桥梁结构各施工阶段的理想状态,与施工过程中的结构实际状态之间总是存在着一定的误差,产生误差的重要原因之一是结构的实际参数与理想模型中的参数值间存在差异。而在同一座桥梁中,不同的结构参数对结构状态的影响程度是不同的,同一个结构参数对不同的结构体系有不同的影响。因此为搞清楚每一结构参数对结构状态的影响程度,特别是不同参数多塔叠合梁斜拉桥这一桥型的结构力学行为的影响程度,文中对包括拉索索长、材料弹模、重量在内的8个参数进行了结构参数敏感性分析,并将结构状态影响显著的定为敏感性参数[1] [2]。


  1 桥梁结构武汉二七长江大桥是世界上最大三塔结合梁斜拉桥,其主跨为616m,主桥长1732m,通航孔跨径布置为90m+160m+616m+616m+160m+90m,主跨采用钢混结合梁,汉口及武昌岸90m边跨主梁采用预应力混凝土梁。结合梁段斜拉索锚固采用锚拉板式构造,边跨混凝土梁段采用导管式构造,斜拉索穿过预埋导管,锚固于边主梁的底部[3]。


  2 敏感性分析方法2.1 参数说明分别对几何,荷载,刚度,温度等参数进行敏感性分析,研究不同参数下对施工期间结构影响,具体如下:


  几何参数:拉索索长、拉索面积。


  荷载参数:梁重、临时荷载(吊机)、横向风荷载。


  刚度参数:塔的刚度其他参数:温度、收缩徐变。


  2.2 参数变化范围1)截面刚度钢结构加工精度非常高,因此截面面积以及惯矩误差非常小,在此不做考虑,因此,截面刚度误差的主要因素为钢材弹性模量,钢材弹性模量以±5%变化计。


  2)容重钢材,桥面板容重以±5%考虑。


  3)温度荷载考虑均匀温度升降5℃。


  具体计算工况如下:


  3 分析结果以3号塔上部结构施工为分析对象,计算边跨合拢时(最大双悬臂)索力,钢梁竖向位移,桥面板应力受力状态。结果如下:


  4 结论(1)索长对斜拉索索力影响最为明显,索长增加0.05%,斜拉索索力最大减小329kN,其次为桥面板重量,桥面板重量增加5%,拉索索力最大增加223kN。


  (2)索长变化对钢梁线形影响较大,索长增加+0.05%,主梁竖向位移增大15cm。其次为桥面板重量,桥面板重量增加5%,悬臂端位移增加9.4cm。


  (3)各参数变化对桥面板应力影响均很小,温度对桥面板影响相对稍大,升温5度,桥面板应力减小0.1MPa。


  由此得出,对于多塔叠合梁斜拉桥拉索索长对最大双悬臂阶段受力影响最为明显,其次为桥面板重量。


  参考文献[1] 武芳文,赵雷。 大跨度斜拉桥施工力学行为参数敏感性分析[J]. 兰州:兰州理工大学学报,2009,35(6):1673-5196[2] 黄坤全,刘人銘。 叠合梁斜拉桥成桥过程的参数敏感性分析[J]. 贵阳:交通科技,2011,247(4):1671-7570[3] 汪峰。 大跨径三塔结合梁斜拉桥几何非线性分析研究[D]. 武汉:武汉理工大学,2010


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