悬索桥索股架设参数敏感性分析

周伟， 夏雪莲， 胡铁山， 刘成勇

(1.湖北交投智能检测股份有限公司, 湖北 武汉 430050；2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司, 湖北 武汉 430056；3.湖北省交通规划设计院股份有限公司, 湖北 武汉 430051)

悬索桥施工中，主缆架设中的线形控制是关键。主缆架设分为基准索股架设及一般索股架设，其中基准索股架设精度是决定主缆线形的重中之重。王戒躁等对悬索桥主缆线形影响参数进行了敏感性分析，根据其影响程度把握线形控制重点。钟继卫等认为大跨度悬索桥梁索股施工控制的主要技术要点包括关键参数收集、控制点确定、温度跨度修正和调节比算法等。刘益等认为以主缆无应力长度确定空缆线形是保证成桥状态下结构线形满足设计要求的前提。李传习等认为悬索桥施工控制的关键之一是根据成桥状态线形计算主缆无应力长度，再根据无应力长度进行施工控制。 薛光雄等提出以成桥结构线形为目标，通过空缆线形及丝股直径计算基准丝股各跨控制点的理论高程，考虑不同温度变化、索鞍预偏位置及塔顶偏位，确定控制理论高程进行测量控制。黄浩等考虑主索鞍偏移量等参数对空缆线形的影响，对悬索桥空缆线形进行了模拟计算。王力等针对悬索桥空缆线形对温度变化敏感的特点，根据实际施工温度误差对空缆线形进行了修正。何博文等认为影响桥梁施工结构行为的参数众多，需对重点影响参数进行严格分析。该文以湖北棋盘洲长江公路大桥为研究对象，选取主缆无应力长度、主跨跨度、温度场、主缆弹性模量等参数，分析其对主缆空缆线形的影响。

1 工程概况

棋盘洲长江公路大桥(也称黄石三桥)是湖北省蕲嘉(蕲春—嘉鱼)高速公路的过江通道，桥跨布置为340 m+1038 m+305 m，矢跨比为1/9，主桥为1 038 m单跨双铰钢箱梁悬索桥(见图1)。

图1 棋盘洲长江公路大桥主桥总体布置(单位：标高为m ，其他为cm)

2 主缆线形的参数敏感性分析

选取主缆无应力长度、主跨跨度、温度场和主缆弹性模量等参数，分析这些参数变化对该桥主缆空缆线形的影响。

2.1 主缆索长对主缆线形的影响

分析主缆索长变化对主缆跨中标记点高程的影响。成桥平衡状态计算模型中，限制各IP点水平和竖直位移，通过小幅调整索长，计算跨中标志点标高变化。如表1、图2所示，索长每提升1 mm，中跨跨中标高变化约1.94 mm，主缆无应力长度对悬索桥主缆空缆线形的影响较小；主缆无应力长度对悬索桥空缆线形的影响表现为线性相关。

表1 索长变化对跨中标高的影响

图2 索长变化对跨中标高的影响

2.2 主跨跨度对主缆线形的影响

由于锚碇、主塔实际施工误差及温度的影响，主跨实际跨度与理论值会存在偏差。在成桥平衡状态下，固定散索鞍IP点的水平和竖直位移，小幅调整塔顶IP点的水平位移，计算主缆跨中标记点高程变化。如表2、图3所示，主跨跨度变化与主缆跨中标高变化的比值Δh/Δu≈1.87～1.94，主跨跨度对悬索桥主缆空缆线形的影响较小；主跨跨度对悬索桥空缆线形的影响表现为线性相关。

表2 主跨跨度对跨中标高的影响

图3 主跨跨度对跨中标高的影响

2.3 温度对主缆线形的影响

在索股施工过程中，计算不同温度下主缆跨中标记点的标高。考虑索股受环境温度的均匀升降温情况，假定散索鞍和塔顶的位置不变，以设计温度20 ℃为基准温度，温度变化范围为0～40 ℃，分析不同温度间隔对主缆跨中标记点标高的影响。如表3、图4所示，温度对中跨跨中标高的影响相当大，温度每升高1 ℃，标高变化接近25 mm，即Δh/Δt≈25 mm/℃，大跨径悬索桥主缆空缆线形对温度较敏感；温度对悬索桥空缆线形的影响表现为线性相关。

表3 温度荷载对跨中标高的影响

图4 温度荷载对跨中标高的影响

2.4 索股弹性模量对主缆线形的影响

索股的弹性模量会有一定波动。根据制造厂家现场试验，该桥索股的弹性模量为1.98×105MPa。取弹性模量为1.94×105～2.02×105MPa，分析弹性模量变化对主缆空缆线形的影响。如表4所示，弹性模量变化1%时，跨中标高变化约27 mm，大跨径悬索桥主缆空缆线形对主缆弹性模量较敏感；主缆弹性模量对悬索桥空缆线形的影响表现为线性相关。

3 结论

(1)大跨径悬索桥中主缆空缆线形对温度和主缆弹性模量较敏感，主缆架设前需测试主缆的弹性模量，施工过程中需及时监测索股温度，以准确有效地控制主缆线形；而主缆无应力长度及主跨跨度对主缆空缆线形的影响较小。

表4 主缆弹性模量对跨中标高的影响

(2) 温度、主缆弹性模量、主缆无应力长度及主跨跨度对悬索桥主缆空缆线形的影响均表现为线性相关。