大跨径刚性悬索加劲连续钢桁梁桥合龙口敏感性分析
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【摘要】本文以某刚性悬索加劲连续钢桁梁桥为依托工程，通过对桥梁合龙全过程进行有限元仿真计算，研究分析了桥梁中跨合龙前最大悬臂状态下的合龙口变形和结构应力对温度变化、吊机站位和边支点升降等不确定因素的敏感性，确定它们之间的敏感性关系，为桥梁顺利合龙提供了技术支撑，可为同类桥梁合龙施工提供參考。
【关键词】钢桁梁桥;合龙;敏感性分析;不确定因素
刚性悬索加劲连续钢桁梁桥是一种新型桥梁结构形式，鉴于这种桥型在国内应用较少，可借鉴的设计、施工和监控等方面的经验少，因此往往很难准确地把握此类桥梁在合龙过程中不同外界因素对其应力及线形的干扰，所以对影响该类桥梁中跨合龙的参数进行有效识别，并进行敏感性分析对桥梁合龙十分必要[3]。笔者以某大跨径刚性悬索加劲钢桁梁为背景，通过建立大型的空间有限元仿真计算模型，系统研究了温度变化、吊机站位和边支点升降对合龙口变形及结构应力的影响规律，得出的结论可为今后同类桥梁合龙提供参考。
1.工程依托背景
本文以某跨径为（135+270+135）m的刚性悬索加劲连续钢桁梁桥为工程背景，其结构为双层桥面的路轨共建形式，上层为双向六车道及两侧人行道，下层为双线城市轨道交通，钢桁梁采用矩形断面，桁宽26.7m，桁高12.483m，准节间长12.2m，全桥共44个节段，全长540m。桥梁中跨合龙采用“下降边支点+P1墩钢桁梁整体纵移”的方式，中跨合龙段位于11#节段，合龙前中跨侧的两台桥面吊机均站位9#节段。由于桥梁合龙前合龙口的线形及结构应力会受外界因素（如温度变化、吊机站位和边支点升降等）的影响，因此必须要对这些影响因素进行研究分析，以确定这些参数对桥梁结构的敏感性，保证桥梁顺利合龙。桥梁结构布置见图1～图2。
2.结构计算模型
通过采用Midas civil有限元软件仿真计算来模拟实际施工过程中的不确定因素变化，模型结构节点划分及离散单元见图3。假定各个不确定因素（温度变化、吊机站位和边支点升降）之间相互独立，每次只考虑一个因素变动，其他因素不变，由此来分析这个可变因素对桥梁合龙口变形及结构应力的影响程度，并利用数据拟合的方式确定对应的函数变化关系，分类来比较各个不确定因素对结构的敏感程度[4]。
3.合龙口敏感性分析
桥梁中跨合龙工况为施工阶段最为关键的工况之一，对于钢桁梁桥中跨合龙施工方法来说，一些敏感性参数变化（温度变化、吊机站位和边支点升降等）会对合龙口状态造成影响，需要这些参数进行敏感性分析计算，以保证桥梁顺利合龙。分析时，以钢桁梁合龙口前端变形、中跨侧弦杆根部应力作为主要评价指标，通过有限元模型中不同的仿真计算参数来模拟实际桥梁结构作用的变化，涉及到的仿真计算参数主要有温度变化、吊机站位和边支点升降等。
3.1 温度变化
本桥设计基准合龙温度为20℃，当合龙口线形存在偏差时，可通过适当调整实际合龙温度对合龙口的姿态进行调整，这里按升温、降温5℃和10℃四种情况考虑温度变化对合龙口状态的影响。温度变化对合龙口状态的影响见下表1。
由表1可以看出：（1）温度变化对弦杆根部应力影响较小;（2）温度变化与合龙口水平变形基本呈线性关系变化;（3）温度变化对于合龙口竖向变形影响较小，对于合龙口水平变形影响较大。
通过上面的数据分析可以判断：温度变化对合龙口水平变形的敏感性较大，故针对合龙口的水平偏差，可通过改变合龙温度的方式来调整合龙口误差。
3.2吊机站位
架梁吊机自重230t，合龙前，站位9#节间，现场可通过改变吊机占位，达到改变悬臂前端合龙口线形的目的。吊机站位对合龙口状态的影响见下表2。
由表2可以看出：（1）吊机站位对弦杆根部应力影响较小;（2）吊机站位对合龙口竖向、水平变形影响均较小。
通过上面的数据分析可以判断：由于结构刚度较大，吊机站位对合龙口变形的敏感性较小，故针对合龙口偏差较小时，可通过改变吊机站位的方式来调整合龙口误差。
3.3边支点升降
边支座采用后安装的方式施工，因此现场可以通过改变边支点高程，达到调整中跨合龙口线形的目的。这里按小里程侧边支点上升、下降10mm和20mm四种情况考虑其对合龙口状态的影响。边支点升降对合龙口状态的影响见下表3。
由表3可以看出：（1）边支点升降对弦杆根部应力影响较小;（2）边支点升降与合龙口竖向变形基本呈线性关系变化;（3）边支点升降对合龙口竖向变形影响较大，对于合龙口水平变形影响较小。
通过上面的数据分析可以判断：边支点升降对合龙口竖向变形的敏感性较大，故针对合龙口的竖向偏差，可通过边支点升降的方式来调整合龙口误差。
4.结论
桥梁结构施工过程复杂，在合龙前应对结构进行敏感性分析，准确把握各种不确定因素对结构的影响，精准地分析结构应力及线形变化，为桥梁合龙提供技术保障。本文以某成功合龙的刚性悬索加劲连续钢桁梁桥为依托工程，研究分析了桥梁在最大悬臂状态时中跨合龙口的变形和结构应力对温度变化、吊机站位和边支点升降等因素的敏感性，并得出如下结论：
4.1刚性悬索加劲连续钢桁梁桥的结构自身刚度较大，结构应力对各种不确定因素的敏感性较小。
4.2温度变化对桥梁合龙口水平变形基本呈线性关系变化。
4.3边支点升降对桥梁合龙口竖向变形基本呈线性形关系变化。
4.4温度变化、边支点升降对合龙口变形的敏感性较大，故针对合龙口存在偏差时，一般可采用此方法;吊机站位对合龙口变形的敏感性较小，故针对合龙口的误差较小时，可采用此方法。
参考文献
[1]程翔云.桥梁理论与计算[M].北京：人民交通出版社，1990.
[2]江浩.浅谈大跨度钢结构桥梁的施工技术[J].智能城市，2016（12）：188.
[3]张俊光，刘永健等.刚性悬索加劲钢桁梁桥结构参数敏感性分析[J].郑州大学学报，2010（9）：55-59.
[4]孙中洋，李家龙.大跨径预应力混凝土斜拉桥变形及应力敏感性分析[J].公路交通技术，2016（4）：76-79.
[5]王惊旻，张沫.浅谈特大跨度钢桁梁桥施工过程监控的力学分析[J].四川建材，2017（5）：113-115.
[6]陈玉骥，伍洪泽.钢桁梁桥纵梁和横梁的受力分析[J].中国有色金属学报，1996（2）：151-155.
【中图分类号】TU393.3
【文献标识码】A
【文章编号】1671-3362（2020）02-0058-03
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