| 标题 | 悬臂梁桥施工整体倾覆稳定安全系数分析 |
| 范文 | 杨旭平 摘 要：基于可靠性反分析理论，提出了一种评估连续梁桥整体倾覆稳定安全系数的方法。此方法基于可靠性反分析理论，在给定目标可靠性指标已知的前提下，在考虑结构参数随机性的前提下，解决了悬臂梁桥施工的整体倾覆稳定安全系数。该方法用于计算连续梁桥的倾覆稳定安全系数，并进行参数敏感性分析，通过对该倾覆稳定系数的计算，此参数有较大影响。忽略此参数则会高估悬臂施工总体倾覆稳定的安全系数。 关键词：连续梁桥；整体倾覆稳定；安全系数；不确定性；目标可靠度指标 中图分类号：U491 文献标志码：A 0 引言 在采用悬臂法施工时，随着臂长增加，由于臂端左右两侧的不平衡负载造成的桥梁纵向翻转越来越危险。为确保建筑物的安全，通常采取临时固结的方法，临时固结通常设在固定墩处。换句话说，在支座的两侧对称安装多排精轧钢筋，将0#块与桥墩形成锚固端（如图1所示），来抵抗悬臂不平衡载荷产生的倾覆弯矩。常用的测试方法未考虑到安全参数随机性的影响，事实上安全度是未知数。 随机性测试分析为评估稳定安全性系数的可靠性提供了一种有效的分析方法，以考虑参数的随机效应。李胜永，张建人[6]，罗作龙，卡萨斯等人分别以一种预应力砼连续梁桥为例，来分析悬臂施工中整体倾覆穩定可靠性。然而，上述学者利用可靠性分析正确性的方法来验证悬臂施工过程中整体倾覆稳定可靠度是否符合要求。 现在的桥梁设计标准已经转变为倾向性能的设计理念，即提前分析安全性可靠性系数，以确保结构的安全。所以校正安全系数来确保预先设定的悬臂结构悬挑的稳定性和可靠性。因此，目前使用的安全系数测试方法不适合分析此类问题。所以，该论文在前学者研究的基础上，提出一种倾向可靠性反分析的倾覆稳定安全系数评估方法，评估了悬臂施工中连续梁桥的倾覆稳定安全系数。 1 可靠性系数反分析理论 1.1 基本依据 1.2 实施具体步骤 用上述分析方法求解倾覆稳定安全系数的具体详细过程如下： 第一步：假设安全系数随机变量βt和初始值ε，从而确定结构目标可靠指标和收敛误差值。随机变量的概率分布均值可作初始值。 第二步：初始化迭代次数k=1。 第三步：选用式（6）更新计算u值。 第四步：将第三步中计算的u值代入公式（8）计算更新后的值。 第五步：依据公式（6）收敛准检查收敛，如不满足收敛准则，则设k = k + 1，转到步骤3；否则，直接输出计算结果。 2 倾覆稳定性可靠度模型 在悬臂施工过程中，因为不对称的荷载布置，连续梁桥存在垂直翻转不稳定的危险。在悬臂施工中，采用最大悬臂施工条件最不利的荷载情况（如图1所示）来测试倾覆稳定安全性系数。在结构可靠性分析中，结构极限状态下通常用功能函数表示，该函数为： 公式中，q（x）为梁体自重集度；x为支座中心至梁体某处水平距离；G1、G2为左右两侧挂篮自重；Q为悬臂端集中荷载期望值；q1为施工期其他荷载，可作为均布荷载，取两侧荷载差；q2为施工期最大期望风压差；v为反映悬臂两侧施工误差引起的梁体相对偏差系数值；e是极限失稳状态支座偏心距，即支座几何中心与物理中心之间的距离；l为跨径；lg为合拢段长度；lp为合拢前最后浇筑段长度；b为桥梁宽度；M为临时支撑抗倾覆力矩。 3 举例分析 八跨预应力混凝土连续梁桥（100m + 150m +150m +150m +150m+ 150m + 150m +100m）如在最大悬臂状态下的计算参数：G1=G2=1000kN，Q=80kN，q2=0.4kPa，l=150m，lg=3m，lp=3.5m， b=12.2m（半幅桥梁）。将上述参数的值引入式（12）和式（13），可得到结构倾覆稳定功能函数为： 3.1 可靠目标指标的确定 目前中国的连续梁桥施工期目标可靠性指标没有明确规定。安大略省公路桥梁设计规范和AASHTO（美国公路和运输工作者协会）规程中构件目标的可靠性指标β为3.5。大多数欧洲规范规定，整个结构的目标可靠性指数β在3.2～5.5。“公路工程可靠度设计统一标准”规定，在主效应组合下，组件设置为3.7?5.2。 因此，本文目标可靠指标取3.5是合适的。 3.2 目标可靠指标的影响 通过对影响倾覆安全系数稳定性的目标可靠指标进行分析，结构目标的可靠指标为1.5～5.0，具体计算安全系数的结果见表2。 从表2中的数据分析得出结果，可靠指标变大，倾覆稳定安全系数将会变小。经过计算并确定性模型安全系数值为2.1166〉规定限值1.3。所以，不能忽略参数随机性的影响，对结构的倾覆稳定性会高估。 3.3 参数不确定性的影响 对悬臂梁倾覆稳定安全系数分析确定性模型的结果，如忽略参数随机性的影响，该系数比较大。为了分析参数随机性对安全系数的影响，结构目标可靠度指标为3.5，假设随机变量变异系数在0.05～0.3。根据安全系数计算结果，让每个随机变量的平均值增加-10%～+10%。 根据计算结果，临时支撑抗倾覆力矩对安全系数最敏感，同时对施工期间的偏心距、活载不敏感。因此在悬臂施工中，需要特别注意临时固结的施工方法及措施是否合理，以此来保证结构物的安全及稳定。 3.4 不同初始值K的影响 在可靠性反向分析过程中，悬臂结构的翻转的稳定系数的初始值选择是任意的，因此，有必要分析初始值对倾覆稳定安全系数的影响。当初始值分别为数值1、2、3、4时，相应的安全系数计算结果，如图1所示。 从图1的分析中，安全系数的初始值的选择对安全系数计算结果没有影响。这说明可靠性反分析方法完全可以用于评估连续梁桥悬臂施工的倾覆安全系数。 4 经分析得出结论 此文建议使用可靠度反分析的倾覆稳定安全系数评价方法。分析得出的安全系数在满足结构目标可靠指标的前提下考虑了结构参数随机性的影响。通过举例，得出下列结论： （1）参数随机性不可忽略，因此对倾覆安全系数的稳定性影响很大。 （2）如结构目标可靠指标值变大，安全系数的降低；安全系数对临时支撑抗倾覆力矩的变化敏感，对施工中活载和偏心矩的变化不敏感。 （3）安全系数初始值如何选择对分析结果的收敛速度和精度无影响。 参考文献 [1]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社，2003. [2]梁鹏，徐岳，刘永健.斜拉桥分析统一理论及其应用[J].建筑科学与工程学报，2006，23（1）：68-77. [3]王元清，张勇，石永久，等.吊索与钢管混凝土拱桥新型节点承载性能分析[J].建筑科学与工程学报，2005，22（1）：55-58. [4]李生勇，张哲，黄才良，等.曲线梁桥最大悬臂施工状态下的可靠度分析[J].（武汉理工大学学报）交通科学与工程版），2008，32（3）：518-521. [5]张建仁，许福友.连续梁桥悬臂施工整体稳定性可靠度分析[J].长沙交通学院学报，2002，18（1）：26-29. [6]骆佐龙，董峰辉.连续梁桥悬臂施工状态可靠度分析[J].公路工程，2013，38（3）：162-164. [7]Reid S G.Specifications of design criteria based on probabilistic measures of design performance[J].Structural Safety，2002，24（2）：333-345. [8]邰扣霞，丁大鈞.中国桥梁建设新飞跃[J].建筑科学与工程学报，2006，23（2）：30-40. [9]Der Kiureghian A，Zhang Y，Li C C.Inverse reliability problem[J].Journal of Engineering Mechanics，ASCE，1994，120（5）：1154-1159. [10]Li H，Foschi R O.An inverse reliability method and its application [J].Structural safety，1998，20（3）：257-270. [11]马宝林，李子青.高墩大跨连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2003. [12] GB/T 50283-1999，公路工程结构可靠度设计统一标准[S]. |
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