摘要：为了耿村阧大桥施工过程中温度变化对斜拉索索力的影响，通过全天观测索力受温度影响的变化情况，并根据温度场把温度荷载转化为节点荷载，然后利用有限方法进行计算分析，将理论计算结果与实测结果进行比较，得出在斜拉桥施工过程中温度变化对索力的影响规律，该规律可用于对索力进行温度修正和为施工控制中斜拉索的精确张拉提供参考依据。
关键词：斜拉桥;斜拉索;温度;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
中图分类号 : U445文献标识码： A 文章编号：
耿村阧大桥为主跨150m，跨径组合为75+150+75米，主塔为双柱式钢塔，主墩处为塔、梁固结、梁墩分离体系，主梁采用抗风性能很好的近似三角形断面，单箱三室结构，箱梁顶宽32.5m，箱梁底宽4m，悬臂板长5m，设双向2%横坡。斜拉索按扇形布置,每个索面由26对高强度平行钢丝斜拉索组成。本桥斜拉索按扇形布置，采用OVM250拉索体系。它是由镀锌或环氧喷涂和塑料报复保护的单根钢绞线并置而成，所有斜拉索均在梁端张拉。斜拉索共有φ7×187和φ7×199两种规格，每种规格斜拉索各32根，全桥共计64根斜拉索(见图1)。
斜拉桥理论索力是在设计基准温度下计算,但实际施工过程中结构的温度是随时变化的,因此必须考虑由实际施工温度与设计温度的差异引起的斜拉索、钢塔的温度变形。这种变形会使实际索力与设计索力存在一定差距,在施工过程中，索力的变化直接影响主梁的内力和线形，故研究温度变化对斜拉索索力的影响规律，并对索力进行合理调整对整个斜拉桥的施工过程特别是保证桥面线形非常重要。
1温度和索力的测试分析
1.1温度的测试
耿村阧大桥的温度测试主要包括主梁的测试、钢塔的测试、索的测试。本桥主梁的温度测试主要用预先埋设好的温度传感器，钢塔及索的温度测试主要用江苏全胜仪表有限公司生产的AK1030式红外线点温计。
本桥于2011年9月24日对6#墩钢塔中跨8#梁段及边跨8#梁段进行24小时温度测量及索力测量。
不同时间段是各构件测试温度(℃) 表一
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时间 |
大气温度 |
主梁温度 |
钢塔温度 |
斜拉索温度 |
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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 |
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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，各构件的测试温度均高于当时大气温度，其温度随着大气温度变化而变化，且变化趋势基本一致。由于构件的材质不同、比热容不同，导致其随温度变化的幅度不一致，其中钢塔对温度变化最敏感、其次是斜拉索，主梁对温度变化最不敏感。一天之中主梁最大温差为10.5℃，钢塔最大温差为14.1℃，斜拉索最大温差为13.3℃。
1.2索力的测试分析
根据经验及理论计算分析，悬臂最前端的几对斜拉索索力随温度变化最大，且施工过程中这几对索对主梁内力(尤其是0#块上缘的应力)、线形影响也最大，施工、监控、业主、设计等也最为关注这几对索力值，本次测试只给出6#墩悬臂最前端的三对索力，即边跨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，具体测试数据见表二。
不同时间段的索力值(T) 表二
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时间 |
6B8 |
6B7 |
6B6 |
6Z8 |
6Z7 |
6Z6 |
|
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 |
|
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：悬臂最前端的斜拉索的索力随着温度的升高而减小，随温度的降低而增大。当大气温度升高时，主梁、钢塔和斜拉索的温度都升高，这样梁、塔和索都会在轴向方向上伸长，同时由于主梁的顶底板温差会发生向下挠曲变形，钢塔塔和梁的轴向伸长量与梁的向下挠曲变形量之和比斜拉索的伸长量小，这样斜拉索会减小拉力，斜拉索索力减小;当温度降低时，钢塔塔和梁的轴向缩短量与梁的向上挠曲变形量之和比斜拉索的伸长量小，斜拉索受到额外的拉力，索力增大。
同时比较悬臂最前端的3对斜拉索的索力可以看出，6B8、6Z8斜拉索的索力变化比6B7、6B6、6Z7、6Z6的变化大，因为前端的悬臂长，挠曲变形大些，所以索力变化也大些。
同一工况下，6B8、6B7、6B6、6Z8、6Z7、6Z6的理论索力值分别为：386.5T、371.5T、369.2T、374.3T、361.2T、371.9T，全天最大的索力变化量分别为：20.4T、21.1T、22.8T、21.6T、20.9T、22T，分别为理论索力值的5.3%、5.7%、6.2%、5.8%、5.8%、5.9%，，虽然斜拉索索力随温度变化的影响量比主梁标高小得多，但是可以看出温度变化给部分斜拉索索力带来的误差超出了《施工控制手册》中规定的±3%。故在斜拉索桥施工过程中有必要考虑温度变化给斜拉索带来的影响。
2.理论计算结果与实际测量值对比
根据9.24日温度测量结果，把温度荷载转化为节点荷载，然后利用大型有限元软件迈达斯2006及桥博3.0进行计算分析，得出相同温差下的理论值差值，并与实测差值进行了比较，详见表三。
索力实测差值与理论差值对比表(T) 表三
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实测差值 |
理论差值 |
实测-理论 |
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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，在理论分析计算时考虑了实际施工过程中的温度变化，计算出来的索力与实测索力差值不大，由此说明借此方法可以适当减小温度对索力的影响，进而保证实际张拉索力与设计索力更加接近，为保证斜拉桥的主梁内力及线形提供更有利的保障。
3.结论
(1)根据实测数据和理论计算数据的对比，在考虑了测量误差等因素之后二者是基本吻合的，说明通过该文介绍的程序得到的理论计算结果是基本准确的。
(2)在升温状态下，靠近悬臂前端的斜拉索索力增大，越往悬臂前端变化越大，往后索力基本都为减小，钢塔附近和靠近悬臂前端索力增加的区域之后的几对索变化明显，降温状态下情况恰好相反。
(3)索力受温度的影响主要是由主梁、钢塔、斜拉索在不匀温度荷载下的变形量不一致引起的。
(4)在实际施工中，由于工期等原因很难对索力进行定量的实时温度修正，只能通过回避温度影响以及定性的温度影响消除方法来进行温度修正。
参考文献：[1]李学文，蔡杰，涂光亚.混合梁斜拉桥施工过程中温度变化对斜拉索索力的影响[D].公路与汽运，2012.[2] 侯俊明，彭晓彬.斜拉索索力的温度敏感性[J].长安大学学报：自然科学版，2002，22(4).[3] 涂光亚.大跨度斜拉桥施工控制中的温度影响[D].长沙：长沙交通学院，2002.
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文章名称：
斜拉桥施工过程中温度变化对斜拉索索力的影响
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