混合梁斜拉桥施工全过程几何非线性影响分析与施工控制（优秀课件） .ppt

混合梁斜拉桥施工全过程 几何非线性影响分析与施工控制,学位申请人姓名： 任 瑞 雪 学 科 专 业： 桥梁与隧道工程 学院（系、所）： 土木与建筑学院 指 导 教 师： 李传习 教 授,2009年5月17日,论文结构,一、绪论 二、斜拉桥施工过程非线性分析理论 三、混合梁斜拉桥施工过程几何非线 性影响分析 四、混合梁斜拉桥施工过程ansys模拟 计算 五、混合梁斜拉桥合理状态的确定 六、混合梁斜拉桥施工控制 七、结论与展望,1.1 混合梁斜拉桥概述,混合梁斜拉桥一般系指主梁的边跨与主跨分别采用不同材料，连接部位设于桥塔附近的一种斜拉桥型式，通常的结构形式是中跨采用自重较轻的钢梁，边跨采用自重和刚度较大的预应力混凝土梁。使用不同材料组合的主要目的是希望得到单一材料不具有的力学性能，充分发挥混凝土材料的压重作用和钢材跨越能力大的优势，通过钢和混凝土的组合制作出既弥补两者短处又比较经济的构件。,一、绪论,一、绪论,日本多多罗大桥,法国诺曼底大桥,一、绪论,上海徐浦大桥,日本十胜中央桥,日本生口桥,武汉白沙洲大桥,一、绪论,在实际应用中，混合梁斜拉桥较单一的钢梁斜拉桥或混凝土梁斜拉桥有许多的优点。 目前在大跨度桥梁设计方案中，混合梁斜拉桥扮演着重要角色。有资料表明，混合梁斜拉桥在跨径400m 以上，尤其在600m 以上时，具有经济性，这为大跨径斜拉桥的发展开辟了新路，尤其在边跨有条件设辅助墩的桥位，应优先考虑。因此对混合梁斜拉桥结构体系的熟悉和研究对我们以后更好地从事桥梁设计、计算工作是必不可少的。,1.2 研究问题的提出,对大跨度斜拉桥的研究较多也较为成熟的是正常使用阶段，目前的桥梁设计规范主要也是针对这一阶段的。然而，斜拉桥施工工序多、施工工艺复杂，随着施工阶段的不断推进，斜拉桥的结构形式、约束条件、荷载形式、混凝土材料的性质（弹性模量、强度）均随时间变化，荷载在混凝土构件中产生的荷载效应有可能比使用荷载产生的效应更为不利。这些都可能引起斜拉桥在施工过程中发生事故，如出现裂缝、产生过大变形、甚至倒塌等。 斜拉桥结构体系表现为柔性的受力特性，几何非线性的影响突出，影响因素也比较多。尤其在施工阶段，由于斜拉索应力水平较低，结构处于悬臂状态，整体刚度与全桥合龙后刚度相比要小得多，几何非线性影响更加明显。但在目前斜拉桥的设计与施工中，大多采用的是线性计算结果，理论计算和结构实际变形和受力存在差异 。而且随着主梁悬臂施工长度的增加，主梁标高会显著偏离设计目标，造成合拢困难，并影响成桥后的内力和变形。,一、绪论,1.3 研究现状,施工阶段分析方法 施工阶段几何非线性分析 合理状态的确定与施工控制,一、绪论,施工阶段分析方法,前进分析法，又称正装分析法，是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构内力、位移计算，进而确定出结构各施工阶段的内力、位移理论值，作为施工控制的理论轨迹。 倒退分析法，又称倒装分析法，是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为分析。倒退分析的目的就是要获得桥梁结构在各个实际施工阶段理想的安装位置（主要指标高）和理想的受力状态。 两者的缺陷：正装分析的初始状态比较难以确定；倒退分析存在不闭合问题。,一、绪论,施工阶段几何非线性分析的研究现状,斜拉桥的几何非线性来自三个方面：斜拉索的非线性；主梁、桥塔中轴力与弯矩相互作用而产生的梁一柱效应；大位移产生几何形状改变而引起的非线性效应。,斜拉索的非线性,梁柱效应,大位移效应,一、绪论,大跨度斜拉桥的非线性计算理论还有待进一步深入探讨，这大致可以归纳为以下三个方面 ：,1.斜拉桥各种非线性单元模式合理性及其精度的 研究； 2.斜拉桥几何非线性描述参考构形及非线性求解 方法的研究； 3.斜拉桥有限元离散方法、结构模型化方法对几 何非线性分析结果的影响研究。,一、绪论,1.4 本文工作内容,1. 概括斜拉桥施工阶段受力特点，详细论述斜拉桥结构几何非线性分析理论。 2. 按照广州东沙大桥实际施工方案，应用平面杆系有限元程序fbr_cal_suo和sus_cal_suo，对其施工全过程进行模拟计算，比较典型工况下线性计算结果与非线性计算结果，分析几何非线性因素对结构不同部位构件的内力、应力、变形和主梁立模（就位）标高的影响。 3. 采用大型通用有限元软件ansys建立广州东沙特大桥空间有限元模型，利用生死单元技术对施工全过程进行仿真计算，将典型工况下计算结果与fbr_cal_suo程序计算结果进行比较分析，验证有限元模型建立方法和施工过程模拟方法的合理性。,一、绪论,4. 针对大跨度混合梁斜拉桥，在总结目前常用的一些方法的基础上，提出采用恒载平衡法与应力平衡法相结合，并以塔和梁的最大变位最小为目标的索力优化方法确定合理成桥状态，采用基于正装计算的索力不断优化的试算法确定合理施工状态。应用这些方法确定广州东沙大桥合理成桥状态和合理施工状态，为施工控制工作提供理论依据。 5. 介绍广州东沙大桥施工控制主要内容和实施方案，将典型工况下施工控制实测数据与理论数据进行对比分析，得出相关结论。,一、绪论,二、斜拉桥施工过程非线性分析理论,2.1 斜拉桥施工过程受力特点,1.斜拉桥的主梁高跨比较小，梁体十分纤细， 抗弯能力较小。悬臂施工时可能由施工内力 控制设计。 2.施工阶段的结构内力、位移具有继承性。 3.施工阶段的非线性效应影响大。 4.内力、变形具有可控性。,二、斜拉桥施工过程非线性分析理论,2.2 斜拉桥施工阶段非线性分析理论,非线性问题可以分为三类：几何非线性问题、材料非线性问题以及接触问题。所谓材料非线性是由材料的应力、应变非线性关系引起基本控制方程的非线性问题。接触问题是不满足理想约束假定而引起的边界约束方程的非线性问题。几何非线性问题是指大位移问题，几何运动方程为非线性。 桥梁工程中的几何非线性问题一般都是大位移小应变问题。事实上，只有材料出现塑性变形时才会遇到大应变。对于像斜拉索这样的钢材，在设计荷载作用下不会出现很大的应变。因此，斜拉桥的非线性问题主要研究结构的几何非线性问题。斜拉桥的几何非线性问题属于大位移小应变问题，而材料的应力应变关系是线性的。,二、斜拉桥施工过程非线性分析理论,斜拉桥几何非线性主要影响因素,结构大位移效应,斜拉索非线性,梁柱效应,二、斜拉桥施工过程非线性分析理论,精细考虑几何非线性的斜拉索悬链线单元,考虑垂度效应的斜拉索杆单元,稳定函数法,带动坐标的混合法,2.3 斜拉桥几何非线性方程组的求解,考虑几何非线性的有限元方程是建立在结构变形后构形上的平衡方程，结构刚度矩阵是所求位移的函数，无法直接求解，通常只能采用逐步逼近的数值方法。目前常用的数值方法有：,增量法 迭代法 混合法,二、斜拉桥施工过程非线性分析理论,第3章 混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,广州东沙大桥是独塔混合梁空间双索面斜拉桥，主桥为338+72+56+52 m。大桥主梁采用钢箱梁与混凝土箱梁的混合梁，混合梁结合段设在主跨距主塔中心41m处。主塔采用钢筋混凝土花瓶型桥塔，塔全高182m，塔墩梁固结。主桥为单箱三室结构，箱全宽38m，顶面宽36m，梁高3.3m。斜拉索在预应力混凝土梁上采用锯齿块锚固，索距8m。在钢箱梁上的索距是16m，锚固采用锚拉板结构形式。全桥共有斜拉索84根。,3.1 广州东沙特大桥方案简介,三、 混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,本桥主塔采用爬模施工，预应力混凝土主梁在膺架上现浇施工，箱体混凝土采用纵向分段一次浇筑。钢箱梁部分为悬臂拼装，沿桥纵向分成20个节段，标准节段长16米，重约279吨。拼装过程中斜拉索采用一次张拉，合拢后对部分斜拉索进行二次调索。,施工过程介绍,三、 混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,3.2 东沙大桥施工阶段有限元计算,本桥在有限元模拟过程中考虑了以下几个方面：,1.单元划分 单元划分遵循有限元划分单元的一般规则，再结合施工阶段的实际情况，全桥共分成499个单元，517个节点。主梁的单元号1-196，主塔的单元号197-245，索的单元号251-292。 2.支架模拟 主梁混凝土箱梁采用支架现浇施工，采用单向受压杆单元来模拟支架，按相应施工阶段安装，随着斜拉索的张拉拆除相应支架。 3.边界处理 该桥为塔梁固结体系，边墩和辅助墩顶 均设置单向拉压单元来模拟支座。 4.斜拉索与塔和梁连接的模拟 斜拉索与主梁主塔之间节点通过刚臂连 接，刚臂单元共84个。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,按照确定的施工工序（表3.1）划分施工计算工况。由于是非对称斜拉桥，主边跨主梁采用的施工方法不同，所以模拟计算工况也不同。 预应力混凝土梁段均在支架上浇注，支架作为单向受力单元参与受力计算。施工计算工况：上支架单元，施加混凝土重量；上无重主梁单元，施加预应力。 钢箱梁段（除结合段外）采用悬臂拼装施工，斜拉索采用一次张拉。钢箱梁吊装是为无重单元，其自重以吊机撑点反力形式作用，待对应斜拉索张拉完毕，吊机脱钩后转为有重单元。钢箱梁一个标准梁段施工的计算工况如下：起吊钢箱梁；检修小车就位，焊接，无重单元形成；斜拉索张拉；吊机脱钩，拆除混凝土段对应支架；吊机前移。,计算工况,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,本文采用平面杆系有限元计算程序fbr_cal_suo和sus_cal_suo进行计算。其中fbr_cal_suo可以考虑斜拉索垂度效应的影响，斜拉索采用直杆单元模拟，应用等效弹性模量法来计入垂度效应影响；sus_cal_suo则可以全面的考虑斜拉索的几何非线性、大位移效应以及梁柱效应等影响。该程序采用悬链线单元考虑斜拉索的非线性，使用稳定函数法来考虑梁柱效应，采用以单元内力全量计算方法为基础的增量迭代混合法对非线性有限元基本方程进行求解。,计算软件,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,混合梁斜拉桥主跨采用钢箱梁，其悬臂拼装施工时，不能像混凝土梁段浇筑那样实现主梁梁段连接处无应力转角和悬臂端标高的较大调整，特别是转角误差对标高误差具有很大的累积性影响效应，因此，主梁钢箱梁施工应以线形控制为主，同时兼顾结构内力不超限，索力尽量接近合理施工索力。而且，随着斜拉桥悬臂施工的进行，结构刚度下降，外荷载作用下结构变形很大，几何非线性明显，如不考虑其影响，主梁标高可能会显著偏离设计目标，最终造成合龙困难，并影响成桥后的内力和变形。因此，有必要就几何非线性对主梁线形的影响进行细致的研究。,几何非线性对主梁线形影响分析,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,根据最后一次正装计算可得到主梁各梁段控制点的累计位移f，设主梁各梁段控制点成桥设计标高h，则在混凝土浇筑过程中各梁段控制点立模标高或在钢主梁拼装过程中各梁段控制点定位标高为：,因此，施工时主梁各梁段立模（就位）标高取决于最后一次正装计算（成桥恒载状态）各梁段控制点的累计位移f。,几何非线性对主梁立 模（就位）标高影响,通过比较主梁累计位移曲线可以看出，大位移效应和梁柱效应对边跨主梁的累计位移影响很小，影响最大的位置在靠近45墩的辅跨中心(154m)，累计位移减小了5mm；相对而言，对主跨主梁的影响稍大一些，影响最大的是m5钢箱梁段的控制点处(-138.4m)，累计位移增大了29mm。这主要是因为边跨主梁采用支架上现浇施工，梁段位移本来就很小，几何非线性的影响也很小；而主跨主梁采用悬臂施工，结构整体刚度小，荷载作用下产生位移大，几何非线性影响也比较明显。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,结果分析,成桥恒载状态主梁累计位移图,说明：图中曲线a表示fbr计算结果，曲线b表示sus计算结果；塔梁交接处为横坐标0点。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,几何非线性对施工阶段主梁累计位移影响,根据m3控制点的累计位移时程曲线和累计位移差值曲线可知，在后续梁段施工的过程中，累计位移总体呈增长趋势，累计位移差值（即几何非线性影响值）也逐渐增大，在各梁段起吊和对应斜拉索张拉时分别有较大的减小和增大。最大悬臂状态下累计位移差值为18.2mm，累计位移为0.33879m，；在二次调索的过程中累计位移差值达到最大19.8mm，对应的累积位移为0.3313m。,m3控制点施工阶段累计位移时程曲线,m3控制点施工阶段累计位移非线性影响图,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,m5控制点施工阶段累计位移时程曲线,m5控制点施工阶段累计位移非线性影响图,观察m5控制点的累积位移时程曲线和累计位移差值曲线可知，该点累计位移及其差值的变化规律与m3控制点的基本相同。最大悬臂状态下，累计位移差值为26.1mm，累计位移为0.5006m；二次调索过程中累计位移差值达到最大29.3mm，相应的累积位移为0.5166m。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,m8控制点施工阶段累计位移时程曲线,m8控制点施工阶段累计位移非线性影响图,跨中m8控制点的累积位移在主梁悬臂施工的过程中总体趋势是减小的，到二次调索时累计位移又有增大。但累计位移差值开始是逐渐增长的，从m13施工开始出现下降趋势，且在后续施工梁段吊起和对应斜拉索张拉时累计位移差值的变化量要比m3和m5的大的多；到最大悬臂状态时，累计位移差值减小到3.59mm，累计位移为0.40529m；二次调索累计位移差值又增大到最大值11.6mm，对应的累积位移为0.45852m。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,m13控制点施工阶段累计位移时程曲线,m13控制点施工阶段累计位移非线性影响图,在主梁悬臂施工过程中，m13控制点的累积位移总体趋势是逐渐减小的，到二次调索时有所增长。相应地，累计位移差值也逐渐减小，到最大悬臂状态时，累计位移差值减小到-11.2mm，累计位移为0.50239；二次调索时，累计位移差值也增大，但没有达到最大值。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,m17控制点施工阶段累计位移时程曲线,m17控制点施工阶段累计位移非线性影响图,m17施工完毕时，主梁达到最大悬臂状态，累计位移为1.0451m，位移差值为9.5mm。二次调索完成后，累计位移为0.3615m，位移差值为20.8mm。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,结果分析,综合以上图表和数据分析，得出以下结论： (1)在主梁悬臂施工过程中，几何非线性对主梁跨中和四分点处累计位移的影响规律是不同的，与各位置累计位移的变化规律有关。 (2)各梁段控制点累计位移差值的增大或减小基本发生在后续施工梁段起吊和对应斜拉索张拉工况，而在其它施工工况下基本不变。这主要是因为这两个工况的作用荷载较大，累计位移变化也大，几何非线性影响就明显。 (3)在后续施工梁段起吊和对应斜拉索张拉时，不同梁段控制点的累积位移差值的变化量不同，从m3到m17呈递增趋势。这是因为主梁悬臂长度增加，结构刚度减小，几何非线性影响更加明显。 (4)二次调索过程中，各梁段累计位移差值都有不同程度的增大，几何非线性明显。 (5) 根据图表分析数据计算可得几何非线性对施工阶段各梁段的位移影响值占相应位移总量的5%左右，但其绝对值最大只有29.3mm，满足工程精度的要求。,三、混合梁斜拉桥施工过程 几何非线性影响分析,典型工况下几何非线性对主梁位移增量的影响,选取m17施工过程中，梁段起吊前后工况和对应斜拉索张拉前后工况钢箱梁各梁段竖向位移变化量作比较，见下图。,m17起吊前后工况主梁位移增量差值,m17斜拉索张拉前后工况主梁位移增量差值,从上图可以看出，m17梁段起吊前后几何非线性对主梁各梁段位移增量影响最大的是m16,影响值为16.1mm，对应位移增量为-0.767m；m17对应斜拉索张拉前后几何非线性对主梁各梁段位移增量影响最大的是m11,影响值为-9.7mm，对应位移增量为0.128m。由此可见，几何非线性对典型工况下主梁位移增量的影响并不大。,第4章 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,斜拉桥的施工过程是十分复杂的，一般为分阶段施工而且要经历结构体系转换的过程。要保证桥梁施工过程的安全，必须采用合理的计算方法来确定桥梁结构施工过程每阶段在受力和变形方面的理想状态以控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终的成桥线形和受力状态满足设计的要求。 本章将介绍应用ansys有限元软件模拟计算斜拉桥施工过程时几个关键问题的处理，并应用这些方法进行东沙大桥施工过程进行模拟计算。,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,应用ansys对桥梁施工过程模拟 计算时几个问题的处理,在斜拉桥架设中要对斜拉索进行分阶段张拉。ansys模拟计算时，斜拉索的初张力是通过指定斜拉索初应变的方式来实现，初应变采用虎克定律计算。 以初应变施加在未变形的结构上，在初应力作用下结构发生变形，斜拉索中实际应力会发生变化（不是张拉的数值了）。这一过程损失的应力不同于普通意义上的“应力损失”，本文采用迭代计算的方法来解决这个问题。,1、斜拉索分阶段张拉的模拟,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,二次调索索力则采用温度荷载来模拟实现。通过迭代计算调整对索施加的温度荷载，直至计算索力与调整索力的误差在允许范围之内。,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,迭代计算具体过程如下： 先将设计张拉索力值转化为斜拉索的初应变（二次调索 值转化为温度荷载）施加到有限元模型上； 在荷载和索力共同作用下对模型进行静力计算，取出计 算所得索力； 以初应变（温度荷载）扩大系数作为新的初应变（新 的温度荷载），重复前述步骤，反复调整直至模型计算 的索力与设计张拉索力值基本吻合。一般扩大系数可采 用：k=f0/f，其中f0为设计张拉索力，f为每次迭代计算 索力,2、斜拉索垂度效应的模拟,考虑斜拉索垂度效应的方法有多种，一是用多段直杆法，该方法是由一系列无质量铰接的直杆模拟索，索自重和其它荷载作用在杆的节点上；一是采用ernst提出的等效弹性模量，采用直弦杆的修正弹性模量代替曲线索的弹性模量。本文通过按ernst公式计算的等效弹性模量来考虑斜拉索垂度影响。,3、施工过程的模拟,用ansys进行斜拉桥施工过程的模拟分析，主要应用的是单元生死技术。“死”单元对计算模型不提供任何刚度，“活”单元能为计算模型提供完全刚度。单元的“生死”相当于桥梁结构单元的施工与否。引入了“单元生死”技术后，不需要针对不同的施工阶段分别建立不同的结构模型，斜拉桥施工阶段分析的建模过程变得十分简单。,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,4.3 东沙大桥施工过程ansys模拟计算,1、计算模型的建立,根据东沙大桥方案设计图纸，按照前述斜拉桥模型建立的方法，建立了东沙大桥空间杆系模型。 模型对塔梁墩固结处塔上横梁的模拟采用了刚臂单元。未对边墩、辅助墩等下部结构建模，只模拟了边墩、辅助墩对主梁的竖向支承作用；约束了主梁的竖向及横桥向移动，释放主梁在顺桥向的位移及其各个方向的转动约束。塔底承台处考虑为固结。考虑施工过程的分析，建立了施工临时支架模型，支架底端考虑为固结。,四、 混合梁斜拉桥施工阶段 ansys模拟计算,2、ansys计算结果及分析,依据上述建立的空间有限元模型，对东沙大桥施工过程进行了模拟计算。计算中未计入混凝土收缩徐变的影响，预应力采用降温的方式施加。 选取最大悬臂状态和成桥恒载状态计算结果(图中曲线ansys)与第三章中程序fbr_cal_suo计算的结果（图中曲线a）进行比较分析。,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,最大悬臂状态主梁弯矩图,最大悬臂状态索力图,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,最大悬臂状态主梁累计位移图,成桥恒载状态主梁弯矩图,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,成桥恒载状态索力图,成桥恒载状态主梁累计位移图,由以上图表可以看出，应用ansys计算所得到的结果与程序fbr_cal_suo计算结果存在微小的差别。产生差别的原因主要包括：ansys计算模型是空间的，fbr计算模型是平面的，模型的不同对斜拉索刚度有一定的影响，使得主梁内力、位移以及斜拉索索力产生一定得差别；预应力荷载的等效作用方法不同，在ansys计算模型里面采用温度荷载来模拟，fbr计算模型采用等效节点荷载来模拟，不同模拟方法计算所得的主梁内力状态有所差别。 但从总体看来，两者计算结果基本一致，验证了计算模型的建立、计算参数的选取以及施工过程的模拟方法是合理的，为其它同类桥梁进行施工过程仿真计算提供了参考。,结果分析,四、 混合梁斜拉桥施工过程 ansys模拟计算,第5章 混合梁斜拉桥合理状态的确定,斜拉桥是由梁、塔和索三大部分组成的一种组合体系桥梁。斜拉索对梁是一种多点弹性支承，使主梁的受力类似于多跨连续梁，大大减小了主梁的弯矩。因此，斜拉桥的跨度规模可以比一般梁式桥大很多。斜拉索的存在，也使斜拉桥成为了高次超静定结构，带来了设计计算的复杂性。在斜拉桥的设计中，通常是先确定成桥状态，然后以成桥状态为目标根据施工工序确定各施工状态。,5.1 合理成桥状态的确定,合理成桥状态是指斜拉桥在施工完成后，在所有恒载作用下，各构件受力满足某种理想状态，如梁、塔中弯曲应变能最小等。由于斜拉桥索力具有可调性，可以通过调整斜拉索索力来优化结构的受力。因此，一旦斜拉桥结构体系确定，总能找出一组斜拉索索力，它使结构体系在确定性荷载作用下，某种反映受力性能的目标达到最优，这组索力对应的成桥状态就是对应目标下的合理成桥状态。合理成桥状态的确定通常可以先不考虑施工过程，只根据成桥状态的受力图式来计算，然后按施工过程将索的张拉程序逐个细化。,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,1、合理成桥状态确定的原则,斜拉桥的组合体系结构决定了其受力的复杂性，设计中必须综合考虑梁塔索及辅助墩，所以在确定理想成桥状态过程中，必须考虑以下几方面：,1）索力分布 索力要分布均匀，但又有较大的灵活性。 2）主梁弯矩 在成桥状态下，主梁的恒载弯矩要控制在 “可行域”范围内。 3）主塔弯矩 主塔是斜拉桥的最终传力结构，通常内力 较大，塔作为压弯构件要求塔内弯矩不能太大。 4）辅助墩支承反力 对于设有辅助墩的斜拉桥，应保证 辅助墩支座反力在恒载作用下具有足够的压力储备， 最好在活载作用下不出现负反力。,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,2、混合梁斜拉桥合理成桥状态的确定,对于独塔不对称混合梁斜拉桥来说，由于边跨通常采用比中跨钢主梁刚度大得多的预应力混凝土主梁，边跨预应力混凝土主梁主要起锚固作用，其截面应力的改善较为困难，而斜拉桥的索力较容易地调整中跨钢主梁的内力，使其主梁受力达到最佳状态。基于这个原因，本章在总结目前常用的一些方法的基础上，采用恒载平衡法与应力平衡法相结合，并以塔和梁最大变位最小为目标的索力优化方法确定合理成桥状态。,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,确 定 成 桥 状 态 流 程 图,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,5.2 合理施工状态的确定,斜拉桥作为高次超静定结构，采用分阶段逐步完成的施工方法。最终成桥后的结构恒载内力及主梁线形与施工过程密切相关，在施工过程中斜拉桥结构体系和荷载状态都不断变化，所以结构内力和变形也随之不断发生变化。因此设计计算中必须模拟施工过程中的每个工序，确定合理的施工状态，使斜拉桥成桥后达到理想成桥状态。合理施工状态指为了按拟定的施工工序施工，成桥后达到合理成桥状态的各个施工状态。主要控制参数为斜拉索初拉力和主梁立模标高。,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,1斜拉索控制张拉索力的确定,2. 主梁立模（就位）标高的确定,根据斜拉桥索力形成的过程，可将斜拉索控制张拉索力的确定分成两个阶段： 第一阶段，主梁悬臂施工阶段。通过正装迭代试算得出一组斜拉索施工初张力，使得施工过程中主梁应力控制在安全范围内。 第二阶段，主跨合龙后索力调整阶段。主跨合龙后索力调整，目的是实现索力由施工状态向合理成桥状态的转变。,当斜拉索张拉力确定后，经过正装计算和运营段活载位移计算便可得到主梁施工立模标高。 根据最后一次正装计算可得到主梁各梁段控制点的累计位移f，设主梁各梁段控制点成桥设计标高h，则混凝土各梁段控制点立模标高或钢主梁各梁段控制点定位标高为：,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,5.3 东沙大桥合理状态的确定,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,按照前面所述方法确定了东沙大桥合理成桥状态和合理施工状态，成桥恒载主梁弯矩和索力见下图。合理施工工序表和斜拉索各阶段张拉力见论文中表3.1、3.2。,成桥恒载主梁弯矩,成桥恒载索力,从图中可以看出，由合理施工状态迭代计算得到的成桥恒载索力、主梁恒载弯矩与合理成桥状态比较，二者符合较好。,成 桥 恒 载 状 态 主 梁 应 力 图,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,东沙大桥静力计算结果,成桥恒载状态主梁竖向位移图,荷载组合下主梁上缘应力包络图,荷载组合下主梁下缘应力包络图,荷载组合下索应力包络图,五、混合梁斜拉桥合理状态的确定,采用本章提出的混合梁斜拉桥合理状态确定的方法，成功确定了广州东沙大桥合理成桥状态和合理施工状态，并对计算结果进行检验，东沙大桥施工过程和成桥运营阶段结构受力均满足规范要求。,六、混合梁斜拉桥施工控制,六、混合梁斜拉桥施工控制,6.1 施工控制的必要性,在桥梁设计阶段，通常情况下设计者一般不能事先详细地考虑施工方法、施工荷载等，只能大致拟定一个施工方案，比较粗略地考虑施工过程；在结构分析过程中，设计者对结构参数取值一般也只能按照规范取值，按理想状态进行结构分析。,实际施工时，构件在制作过程中不可避免地存在放样误差等，造成结构几何特性误差，加上结构材料（如混凝土）的物理力学性能、时效特性等离散性大，施工方法、施工环境变化较大，这些因素会导致结构变形和受力偏离理论计算轨迹。如果不加以监控和调整，成桥后主梁的线形和结构内力难以满足设计要求。,6.1 施工控制的必要性,六、混合梁斜拉桥施工控制,施工监控是联系设计与施工的纽带。根据设计目标，结合具体施工方案，详细模拟施工细节，对桥梁结构进行仿真分析，并按照施工监测识别修正预告的施工循环过程，及时提供施工各阶段的理论数据，同时对施工过程进行监测，做好反馈分析 和系统识别，确定结构实际的状态，对结构状态偏离进行预警、分析和优化调整，对设计进行校核。 我国已将施工控制纳入斜拉桥建设管理不可缺少的内容中，公路斜拉桥设计规范(试行)(jt027-96)明确规定对斜拉桥应进行施工控制。,六、混合梁斜拉桥施工控制,6.2 斜拉桥施工控制方法,斜拉桥的施工控制方法从控制思路上可以分为三种：开环控制、反馈控制和自适应控制。,6.3 斜拉桥施工控制内容,(1)施工状态的计算,(2)状态变量的量测,(3)控制分析与调整,六、混合梁斜拉桥施工控制,6.4 东沙大桥施工控制主要工作,1.理论计算,2.施工过程结构位移、应力（应变）、索力和温度测试,3.施工控制有关的基础资料试验与收集,4.反馈分析与控制调整,六、混合梁斜拉桥施工控制,6.5 东沙大桥施工控制实施效果,合拢 后实 测主 梁线 形图,m12 施工 完成 后主 梁钢 箱梁 段累 计位 移,六、混合梁斜拉桥施工控制,合拢后主梁刚箱梁段累计位移,两个工况下主梁钢箱梁段位移变化实测值与理论值基本吻合，相对而言，考虑大位移效应和梁柱效应后的理论计算值更加符合实际。合拢状态下，m16、m17实测位移变化与理论位移变化存在较大的偏差。查找监控原始数据发现，合拢状态测量气温为24，钢箱梁m1m15定位时，测量气温都在2028范围内，而m16、m17定位时测量气温分别为16和7，而且此时主梁悬臂较长，温度影响更为明显，使得这两个梁段的累积位移实测值与理论值出现了较大的偏差。,六、混合梁斜拉桥施工控制,m12施工完斜拉索索力,合拢后斜拉索索力,从以上索力比较图中可以看出，理论索力和实测索力偏差较大的主要是处于混凝土段的前四对斜拉索，主要原因是对混凝土收缩徐变影响的计算与实际存在一定的偏差所引起的。另外，在主跨一侧有个别斜拉索索力偏差较大，这主要是因为在悬臂拼装的过程中，有时为了满足梁段线形的要求，使得施工索力误差偏大，并随着后面的施工过程积累所致。,六、混合梁斜拉桥施工控制,分析结果,通过以上索力和位移实测和理论的比较可以看出，东沙大桥施工计算结果正确，施工控制实施效果较好；施工过程中温度对钢主梁位移影响较大，特别是在最大悬臂状态时，必须加以重视并采取相应的对策来消除温度的影响；考虑大位移效应和梁柱效应后的计算结果更符合实际，对于一般跨度的斜拉桥，不考虑其影响也基本能满足工程要求。但对于超大跨度斜拉桥则有必要尽可能全面的考虑各种几何非线性的影响。,七、结论与展望,七、结论与展望,主要研究工作及结论,论文以广州东沙大桥为工