大跨度悬索桥主缆线形主要参数的影响性分析_王戒躁

文章编号:1003-4722(2005)03-0021-04

大跨度悬索桥主缆线形主要参数的影响性分析

王戒躁,钟继卫

(中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034)

摘 要:采用非线性有限元分析软件,对千米级悬索桥线形影响较大的8个参数进行主缆跨中标志点标高的分析,得到了各个参数在单位变化量时,产生主缆跨中标志点标高的影响值,并根据实际可能发生程度,提出主缆架设前和架设中需重点关注的参数。

关键词:悬索桥;主缆;线形影响量;索长;有限元法;分析中图分类号:U448.25

文献标识码:A

Analysis of Major Parameters Having Influences on Geometry

of Main Cables of Long -Span Suspension Bridge

W ANG Jie -zao,ZHONG Ji -wei

(Bridg e Science Research Institut e L td.,China Zhong tie M ajor Bridg e Eng ineering Gro up,Wuhan 430034,China)

Abstract:By m eans of so ftw are fo r nonlinear finite elem ent analy sis,this paper analyzes the

elevation of m ar k po ints at midspan of the main cables of suspensio n bridg e for the eig ht m ajo r parameters that have consider able influences on the g eom etry of the cables o f the bridg e w ith span longer than 1000m,obtains the influence values o f the elevatio n at unit variatio n of each of the parameters,and also points out the parameter s that need special concern before and during er ec -tion o f the cables in accordance w ith the actual po ssibility of the influence occurrence.

Key words:suspension bridg e;main cable;influence amount of geometry;cable leng th;f-i nite elem ent method;analy sis

收稿日期:2005-04-26

作者简介:王戒躁(1967-),男,高级工程师,1989年毕业于西南交通大学工程力学专业,工学学士,1994年毕业于西南交通大学工程力学专业,工学硕士。

1 前 言

随着综合国力及桥梁整体设计、建造水平的提高,千米级大跨度悬索桥越来越成为跨越长江及海湾主桥的首选桥型,随着大跨度悬索桥的设计、建造及施工控制技术的提高,对桥梁结构线形控制精度的要求亦不断提高。在以往许多中小跨径桥梁中不需要考虑的因素,在千米级桥梁中必须加以考虑。本文主要从对线形影响相对较大的参数中选择较为关键参数进行参数影响量分析,提出悬索桥施工控制中需进行重点关注的影响参数。以阳逻长江大桥为主要分析研究对象,该桥为主跨1280m,主

塔高166.5m,矢跨比1/10.5,单跨地锚式钢箱梁悬索桥。

2 主要影响参数的选取

影响悬索桥主缆线形的因素很多,主要可以分为计算分析理论和结构几何材料参数两个方面。

现阶段,大跨度悬索桥均采用非线性有限元计算分析理论[1]。由于非线性计算理论和大量商业计算软件的完善,只要选用成熟的非线性求解器并按合理的假设建立计算模型,计算结果的差异均不会太大。而结构几何参数、材料特性参数往往与施工

和制造密切相关,某些参数偏差在一定程度上具有随机性和偶然性,在前期的计算中无法精确考虑。对这种确定性较差的因素,分析清楚其影响是非常有必要的。既可以较好把握结构的受力特性的重点,也有利于在施工前期准备合适的控制调整方案。

3各主要参数对线形影响的计算和分析

由于在主缆架设前受各种原因限制,主缆实际的重量、两塔间跨度、主缆无应力索长等参数可能会和主缆下料前拟定的参数有一定差别。掌握参数差别的影响,可以根据影响量的大小把握重点,提前做好调整和准备措施,使主缆线形尽量接近设计目标状态。

本文重点分析下列8个参数,分别是无应力索长、主跨跨度、温度场、主缆水平力、主缆弹性模量、主梁重量、塔顶鞍座预抬高、地球曲率。分析时以研究主缆各跨跨中标志点标高变化为主,结合塔顶IP 点的变位情况,综合判断各参数对主缆线形的影响程度。

计算采用ANSYS和M IDAS/civ il结合进行,考虑了全部几何非线性因素。

3.1索长与主缆跨中标志点的高程关系

分析索长变化对主缆跨中标志点的高程影响,对主缆丝股的架设非常有用。如:通过测量得到跨中垂度的需调整量,可以在索的端点处调整该跨的索长[2],从而使跨中标高迅速达到要求。

采用成桥平衡状态的计算模型,限制各IP点的水平和竖向位移,小量调整主缆的无应力长度(?10 cm之内),通过非线性迭代计算跨中标志点的标高。跨中标高影响分析见表1,从表中可以看出索长每变化1mm,标高变化值约为1.94m m。

表1中跨索长对跨中标志点标高的影响

$l/mm$h/mm$h/$l

-101.02195.2-1.93

-50.1297.4-1.94

-9.8219.1-1.94

10.32-19.9-1.93

50.52-98.1-1.94

100.84-195.7-1.94

注:$l为索长长度变化;$h为跨中标志点标高变化。下同。

3.2跨度变化对主缆中跨跨中标志点标高的影响

由于塔柱、锚碇实际施工误差和温度场产生塔偏的影响,实际IP点之间的跨度会与理论值有一定差别。分析跨度变化对跨中标高的影响有助于提前做好调整措施。

仍然采用成桥平衡状态的计算模型,限制散索鞍处IP点的水平和竖向位移,小量调整塔顶IP点的水平位移,通过非线性迭代计算跨中标志点的标高变化,见表2。从表中可以看出$h/$L=1.88,跨径变化的影响量与索长相当,但影响趋势相反。

表2中跨跨度变化对跨中标高的影响

$L/mm$h/mm$h/$L

-200-376.04 1.88

-100-188.15 1.88

-20-37.65 1.88

2037.66 1.88

100188.4 1.88

200377.05 1.89

注:$L为跨度变化。

3.3温度变化对主缆中跨跨中标志点标高的影响

温度场的变化对主缆线形有显著影响。实际施工时,一般无法在设计标准温度下架设索股,因此需要计算实际温度情况下主缆跨中点标高。由于实际的温度场过于复杂,而对主缆整体线形影响最大的是主缆的总体升降温。本次分析对温度场进行简化,仅考虑成桥状态主缆均匀升降温的情况。

在成桥平衡状态,限制鞍座和塔顶的相对位移,以20e为基准温度,考虑主缆温度为0~40e,按5e的变化间隔,计算主缆中跨跨中标志点的标高变化情况见表3。

表3中跨跨中点标高随温度变化值

$t/e$h/mm$h

$t/m m#e-1 -20951.87-47.59

-15713.2-47.55

-10474.87-47.49

-5237.09-47.42

5-236.97-47.39

10-473.98-47.4

15-710.71-47.38

20-947.12-47.36

注:$t为温度变化。

可见,成桥状态温度对中跨跨中标高影响相当大,在?20e内基本上是线性影响。温度每变化1 e,标高变化接近5cm。即$h/$t U47.5mm/e。

3.4主缆水平力变化对中跨跨中标高的影响

阳逻长江大桥采用的是竖直吊杆,单跨内主缆水平力是定值。在其他条件不变的情况下,跨中点的标高随主缆的水平力变化。通过分析这种变化规律,有利于把握结构整体受力,确定水平力与标高的相互关系。

同样使用成桥平衡状态计算模型,限制IP点竖向和水平位移,改变各主缆水平力,计算出中跨跨中点变形,具体见表4。从表中可以看出,主缆水平力