摘要：為了耿村阧大橋施工過程中溫度變化對斜拉索索力的影響，通過全天觀測索力受溫度影響的變化情況，并根據溫度場把溫度荷載轉化為節點荷載，然后利用有限方法進行計算分析，將理論計算結果與實測結果進行比較，得出在斜拉橋施工過程中溫度變化對索力的影響規律，該規律可用于對索力進行溫度修正和為施工控制中斜拉索的精確張拉提供參考依據。
關鍵詞：斜拉橋;斜拉索;溫度;索力
Abstract: In order to research the influence on cable tension along with the temperature changing in the construction process of Dou bridge of Gengcun village, we observed the situation of influence on cable tension with the temperature changes all day long, transformed the temperature load was into node load according to the temperature field, applyed the limited methods to calculate and analyze, compared the theoretical calculate results with the experimental results, and finally obtained the law. And the law can be applied for temperature correction of cable force and provide a reference for cable-stayedprecise tension in construction control.
Key words: cable-stayed bridge; cable-stayed; temperature; cable force
中圖分類號 : U445文獻標識碼： A 文章編號：
耿村阧大橋為主跨150m，跨徑組合為75+150+75米，主塔為雙柱式鋼塔，主墩處為塔、梁固結、梁墩分離體系，主梁采用抗風性能很好的近似三角形斷面，單箱三室結構，箱梁頂寬32.5m，箱梁底寬4m，懸臂板長5m，設雙向2%橫坡。斜拉索按扇形布置,每個索面由26對高強度平行鋼絲斜拉索組成。本橋斜拉索按扇形布置，采用OVM250拉索體系。它是由鍍鋅或環氧噴涂和塑料報復保護的單根鋼絞線并置而成，所有斜拉索均在梁端張拉。斜拉索共有φ7×187和φ7×199兩種規格，每種規格斜拉索各32根，全橋共計64根斜拉索(見圖1)。
斜拉橋理論索力是在設計基準溫度下計算,但實際施工過程中結構的溫度是隨時變化的,因此必須考慮由實際施工溫度與設計溫度的差異引起的斜拉索、鋼塔的溫度變形。這種變形會使實際索力與設計索力存在一定差距,在施工過程中，索力的變化直接影響主梁的內力和線形，故研究溫度變化對斜拉索索力的影響規律，并對索力進行合理調整對整個斜拉橋的施工過程特別是保證橋面線形非常重要。
1溫度和索力的測試分析
1.1溫度的測試
耿村阧大橋的溫度測試主要包括主梁的測試、鋼塔的測試、索的測試。本橋主梁的溫度測試主要用預先埋設好的溫度傳感器，鋼塔及索的溫度測試主要用江蘇全勝儀表有限公司生產的AK1030式紅外線點溫計。
本橋于2011年9月24日對6#墩鋼塔中跨8#梁段及邊跨8#梁段進行24小時溫度測量及索力測量。
不同時間段是各構件測試溫度(℃) 表一
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時間 |
大氣溫度 |
主梁溫度 |
鋼塔溫度 |
斜拉索溫度 |
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6:00 |
16.3 |
16.6 |
17 |
16.8 |
|
8:00 |
17.6 |
17.9 |
18.4 |
18.2 |
|
10:00 |
21.2 |
21.6 |
22.8 |
22.2 |
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12:00 |
24.3 |
24.6 |
28.4 |
26.2 |
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14:00 |
26.9 |
27.1 |
31.1 |
30.1 |
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16:00 |
26.4 |
26.9 |
27.7 |
27.6 |
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18:00 |
24.1 |
24.5 |
25.4 |
25.1 |
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20:00 |
19.7 |
20.3 |
21.6 |
20.9 |
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22:00 |
17.5 |
17.8 |
18.3 |
18 |
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0:00 |
16.5 |
16.8 |
17.2 |
17.1 |
|
2:00 |
16.1 |
16.6 |
17.1 |
16.8 |
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4:00 |
16.8 |
16.9 |
17.1 |
16.9 |
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6:00 |
17.1 |
17.2 |
17.4 |
17 |
由表一可以看出，各構件的測試溫度均高于當時大氣溫度，其溫度隨著大氣溫度變化而變化，且變化趨勢基本一致。由于構件的材質不同、比熱容不同，導致其隨溫度變化的幅度不一致，其中鋼塔對溫度變化最敏感、其次是斜拉索，主梁對溫度變化最不敏感。一天之中主梁最大溫差為10.5℃，鋼塔最大溫差為14.1℃，斜拉索最大溫差為13.3℃。
1.2索力的測試分析
根據經驗及理論計算分析，懸臂最前端的幾對斜拉索索力隨溫度變化最大，且施工過程中這幾對索對主梁內力(尤其是0#塊上緣的應力)、線形影響也最大，施工、監控、業主、設計等也最為關注這幾對索力值，本次測試只給出6#墩懸臂最前端的三對索力，即邊跨6B8、6B7、6B6及中跨6Z8、6Z7、6Z6的索力值，索力值采用上下游的索力平均值，具體測試數據見表二。
不同時間段的索力值(T) 表二
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時間 |
6B8 |
6B7 |
6B6 |
6Z8 |
6Z7 |
6Z6 |
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6:00 |
380.3 |
366.2 |
359.6 |
366.9 |
354.5 |
364.1 |
|
8:00 |
378.2 |
364.6 |
358 |
364.8 |
352.4 |
362 |
|
10:00 |
375.1 |
361.9 |
355.3 |
361.7 |
349.3 |
358.9 |
|
12:00 |
373.2 |
360.5 |
353.9 |
359.8 |
347.4 |
357 |
|
14:00 |
366.1 |
353.8 |
347.2 |
352.7 |
340.3 |
349.9 |
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16:00 |
367.8 |
352.5 |
348.5 |
354.4 |
342 |
351.6 |
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18:00 |
370.2 |
350.4 |
346.4 |
356.8 |
344.4 |
354 |
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20:00 |
374.5 |
354.4 |
350.4 |
361.1 |
348.7 |
358.3 |
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22:00 |
378.4 |
358 |
354 |
365 |
352.6 |
362.2 |
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0:00 |
385.4 |
364.7 |
358.7 |
365.7 |
353.1 |
363.4 |
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2:00 |
386 |
365 |
359.2 |
366.1 |
353.6 |
364 |
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4:00 |
386.1 |
365.1 |
359.4 |
366.9 |
354.4 |
364.1 |
|
6:00 |
381.2 |
365.6 |
360 |
366.9 |
354.6 |
364.7 |
由表二可以看出：懸臂最前端的斜拉索的索力隨著溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。當大氣溫度升高時，主梁、鋼塔和斜拉索的溫度都升高，這樣梁、塔和索都會在軸向方向上伸長，同時由于主梁的頂底板溫差會發生向下撓曲變形，鋼塔塔和梁的軸向伸長量與梁的向下撓曲變形量之和比斜拉索的伸長量小，這樣斜拉索會減小拉力，斜拉索索力減小;當溫度降低時，鋼塔塔和梁的軸向縮短量與梁的向上撓曲變形量之和比斜拉索的伸長量小，斜拉索受到額外的拉力，索力增大。
同時比較懸臂最前端的3對斜拉索的索力可以看出，6B8、6Z8斜拉索的索力變化比6B7、6B6、6Z7、6Z6的變化大，因為前端的懸臂長，撓曲變形大些，所以索力變化也大些。
同一工況下，6B8、6B7、6B6、6Z8、6Z7、6Z6的理論索力值分別為：386.5T、371.5T、369.2T、374.3T、361.2T、371.9T，全天最大的索力變化量分別為：20.4T、21.1T、22.8T、21.6T、20.9T、22T，分別為理論索力值的5.3%、5.7%、6.2%、5.8%、5.8%、5.9%，，雖然斜拉索索力隨溫度變化的影響量比主梁標高小得多，但是可以看出溫度變化給部分斜拉索索力帶來的誤差超出了《施工控制手冊》中規定的±3%。故在斜拉索橋施工過程中有必要考慮溫度變化給斜拉索帶來的影響。
2.理論計算結果與實際測量值對比
根據9.24日溫度測量結果，把溫度荷載轉化為節點荷載，然后利用大型有限元軟件邁達斯2006及橋博3.0進行計算分析，得出相同溫差下的理論值差值，并與實測差值進行了比較，詳見表三。
索力實測差值與理論差值對比表(T) 表三
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實測差值 |
理論差值 |
實測-理論 |
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20.4 |
19.2 |
1.2 |
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21.1 |
20.5 |
0.6 |
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22.8 |
21.9 |
0.9 |
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21.6 |
21.1 |
0.5 |
由表三可以看出，在理論分析計算時考慮了實際施工過程中的溫度變化，計算出來的索力與實測索力差值不大，由此說明借此方法可以適當減小溫度對索力的影響，進而保證實際張拉索力與設計索力更加接近，為保證斜拉橋的主梁內力及線形提供更有利的保障。
3.結論
(1)根據實測數據和理論計算數據的對比，在考慮了測量誤差等因素之后二者是基本吻合的，說明通過該文介紹的程序得到的理論計算結果是基本準確的。
(2)在升溫狀態下，靠近懸臂前端的斜拉索索力增大，越往懸臂前端變化越大，往后索力基本都為減小，鋼塔附近和靠近懸臂前端索力增加的區域之后的幾對索變化明顯，降溫狀態下情況恰好相反。
(3)索力受溫度的影響主要是由主梁、鋼塔、斜拉索在不勻溫度荷載下的變形量不一致引起的。
(4)在實際施工中，由于工期等原因很難對索力進行定量的實時溫度修正，只能通過回避溫度影響以及定性的溫度影響消除方法來進行溫度修正。
參考文獻：[1]李學文，蔡杰，涂光亞.混合梁斜拉橋施工過程中溫度變化對斜拉索索力的影響[D].公路與汽運，2012.[2] 侯俊明，彭曉彬.斜拉索索力的溫度敏感性[J].長安大學學報：自然科學版，2002，22(4).[3] 涂光亞.大跨度斜拉橋施工控制中的溫度影響[D].長沙：長沙交通學院，2002.
