斜拉桥合理成桥状态的确定

1、1斜拉桥合理设计状态确定斜拉桥合理设计状态确定 2目目 次次 一一、 引论引论 二、二、 确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法 三、三、 确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法31.1 问题的提出问题的提出 斜拉斜拉桥的桥的 受力特点受力特点： a.组合体系；组合体系； b.索力可调；索力可调；c.梁塔内力、应力梁塔内力、应力受索力影响很大；受索力影响很大； 第一章第一章 引引 论论一、一、 引引 论论合合理理成成桥桥受受力力状状态态问问题题4一、一、 引引 论论 斜拉桥的施工特点斜拉桥的施工特点悬臂法施工：悬浇、悬拼悬臂法施工：悬浇、

2、悬拼逐个梁段施工，向前推进，体系不断变化逐个梁段施工，向前推进，体系不断变化1)2)3)4)5一、一、 引引 论论中挂点(C形钩)一个标准梁段一个标准梁段工序（悬浇）工序（悬浇）1.空挂篮立空挂篮立模定位；模定位；2.第一次张拉第一次张拉斜拉索；斜拉索；3.浇浇1/2混凝土；混凝土；4.第二次张拉斜第二次张拉斜拉索；拉索；5.混凝土浇完；混凝土浇完；6.混凝土待强，混凝土待强，张拉预应力；张拉预应力；7.第三次张拉第三次张拉斜拉索斜拉索 如何确定控制张拉索力、立模标高如何确定控制张拉索力、立模标高 成桥后满足合理成桥状态要求成桥后满足合理成桥状态要求 合理施工状态确定问题合理施工状态确定问题6

3、1.2 研究现状研究现状 合理成桥状态的确定（1 1）刚性支承连续梁法；（）刚性支承连续梁法；（2 2）零位移法）零位移法 （3 3）内力平衡法；（）内力平衡法；（4 4）指定应力法）指定应力法（5 5）最小弯曲能量法；（）最小弯曲能量法；（6 6）最小弯矩法）最小弯矩法（7 7）用索量最小法；（）用索量最小法；（8 8）影响矩阵法等）影响矩阵法等一、一、 引引 论论合理成桥状态的确定合理成桥状态的确定 分步算法分步算法7 a. 倒拆法倒拆法 b. 正装、倒拆迭代法正装、倒拆迭代法 c. 无应力状态法无应力状态法 不同程度地存在不闭合问题不同程度地存在不闭合问题一、一、 引引 论论合理施工状态

4、的确定合理施工状态的确定 正装迭代法正装迭代法89二、二、 确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法 a. 由应力要求确定主梁由应力要求确定主梁“合理预加力合理预加力”b. 主梁恒载弯矩主梁恒载弯矩“可行域可行域”c. 建立调索优化模型（建立调索优化模型（综合考虑梁、塔、索、墩受力的要求）综合考虑梁、塔、索、墩受力的要求）d.求解优化问题求解优化问题合理成桥状态合理成桥状态10 控制因素：控制因素：上下缘应力控制上下缘应力控制（正常使用极限状态）（正常使用极限状态）:成桥恒载应力取决于成桥恒载应力取决于：（：（Nd+Ny），Mdmn,活活载载应应力力后后期期收收缩缩徐徐

5、变变应应力力la11218042090.42005632350/2365420/2203881.5%1802011 lsmsdydlsWMANNlxmxdydxlWMANN（2-1）（2-2）axnxdydxaWMANN（2-3）asnsdydsaWMANN（2-4）12 2dlssmlyddMWANNM（2-5） 1dlxxmlyddMWANNM（2-6）2daxxnayddMWANNM（2-7）1dassnayddMWANNM（2-8）1312dddMMMydydddddNMNMMMMM分区确定最小可行域宽有关与可行域,N,2112y （2-9）14 a. 索力分布合理索力分布合理 匀称匀

6、称变化均匀变化均匀b. 主梁弯矩主梁弯矩“可行域可行域”居中或偏向居中或偏向c. 主塔弯矩主塔弯矩预偏（活载因素）预偏（活载因素）d. 边墩、辅助墩反力边墩、辅助墩反力15否是初 拟 结 构 尺 寸用 最 小 弯 曲 能 量 法初 定 成 桥 状 态索 力 调 匀计 算 主 梁 活 载 应 力 包 络 图 主 梁 合 理 预 加 力 计 算 ， 并 配 置 预 应 力主 梁 成 桥 恒 载 弯 矩 可 行 域主 梁 弯 矩 调 整成 桥 状 态 检 验 设 计 满 足 要 求 吗 ？设 计 修 改结 束图2 - 2 合 理 成 桥 状 态 确 定 框 图16 a. 主梁预应力主梁预应力 b.

7、主梁恒载弯矩主梁恒载弯矩 c. 不合理时可调整不合理时可调整17 RTATR A 成桥索力调整量（调整张拉力增量）成桥索力调整量（调整张拉力增量） 成桥状态控制目标所需调整量成桥状态控制目标所需调整量 影响矩阵影响矩阵 有唯一解列满秩上式,|2ARATAAMinRTAQTT18 RTA 对角矩阵，正定，其大小考虑：对角矩阵，正定，其大小考虑： 量量 纲纲 受控程度受控程度 RATAAMinRTATT222|19 20图2 -5 初 定成桥状态索力图0200040006000800010000120000S5S10S15S20B14B9B4A1A6A11A16索号索力数值（k N ）调后索力计算

8、索力 21 图2 -6 初 定成桥状态主梁弯矩图-6000-300003000600090000150300450主梁位置x （m ）弯矩数值（k N . m ）调后弯矩计算弯矩和期望弯矩22 图2 -12 主 梁预加力图-300000300006000090000120000075150225300375450主梁位置（m ）预加力数值（k N ）合理预加力实际布置的有效预加力23 图2 -13 调 整前的主梁成桥恒载弯矩分析图-60000-40000-200000200004000060000075150225300375450主梁位置（m ）弯矩数值（k N . m ）可行域上限可行域下

9、限计入预应力后的恒载弯矩24 图2 -14 调 整后的主梁成桥恒载弯矩图-60000-40000-200000200004000060000075150225300375450主梁位置（m ）弯矩数值（k N . m ）可行域上限可行域下限调后成桥恒载弯矩25图2 -15 成 桥索力图0100020003000400050006000700080009000100000S5S10S15S20B14B9B4A1A6A11A16索的编号索力数值（k N ）调后索力期望索力 26 a. 提出了主梁合理预加力和提出了主梁合理预加力和 主梁成桥恒载弯矩主梁成桥恒载弯矩“可行域可行域”概概念念b. 提出了

10、分步算法提出了分步算法优化成桥受力状态优化成桥受力状态在多座实桥上应用，证明：在多座实桥上应用，证明： 可操作性强（思路清晰）可操作性强（思路清晰） 方案有可选性（权重）方案有可选性（权重）27三、三、 确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法 a. 先假定一组（安装）张拉索力先假定一组（安装）张拉索力 b. 按正装计算成桥按正装计算成桥 c. 找出成桥状态差别找出成桥状态差别 d. 调整张拉索力调整张拉索力28否是是否假定张拉索力正 装 计 算 获 得 成 桥 状 态 ，并且获得索力影响矩阵所获成桥状态满足要求否？结 束调整施工工序施 工过 程受 力满足要求否？调

11、整张拉索力图 3-1 正装迭代法框图 29张拉索力影响矩阵张拉索力影响矩阵成桥状态差值（控制参数成桥状态差值（控制参数: M,T,H,R）矛盾方程组，用加权最小二乘法求解矛盾方程组，用加权最小二乘法求解 bxa a b30 H立模立模=H成桥成桥 - fH成桥成桥包括成桥预拱度包括成桥预拱度f累计位移（挠度）累计位移（挠度） 悬臂拼装，定位标高悬臂拼装，定位标高H1确定确定主梁无应力状态下的制作成形主梁无应力状态下的制作成形 H2 H2= H成桥成桥 - f H1= H成桥成桥 -f +fi f 一次形成无重悬臂结构累计位移一次形成无重悬臂结构累计位移31 原则：原则： 挂篮受力：挂篮受力：

12、由空挂篮悬臂状态控制由空挂篮悬臂状态控制 主梁受力：主梁受力： 均匀，应力不超限均匀，应力不超限32中挂点(C形钩)33 工程实例工程实例2020索号 11613813.221382.5+2.2+1.81.5+111.2262623.7151.4图3 -5 主 梁成桥恒载弯矩图-8000-6000-4000-2000020004000弯矩( k Nm)合理成桥状态正装迭代后得到的成桥状态主塔处边墩处主梁纵桥向图 3-4桥型布置图 (尺寸单位：m)34 表3-3 各状态计算结果（合龙后仅15号索第二次张拉） 索 号 合理成桥 正装迭代后成 张拉索力 立模标高 状态索力(kN) 桥状态索力(kN)

13、 第一次 第二次 (m) 1 2 3 4 1 5134.15 5135.17 5604.04 -0.005 2 3403.91 3405.69 3695.85 0.001 3 4249.20 4250.71 4121.96 0.006 4 4278.47 4279.40 3803.94 0.029 5 4588.27 4588.72 3934.74 0.044 6 4881.24 4881.66 4127.26 0.058 7 5121.86 5122.49 4238.51 0.070 8 5421.91 5422.61 4544.45 0.076 9 5727.36 5728.08 4840

14、.27 0.083 10 5996.65 5997.35 5053.06 0.091 11 6344.84 6345.40 5375.55 0.098 12 6647.75 6648.16 5635.60 0.109 13 7188.55 7188.84 5945.99 0.121 14 6102.43 6102.55 5229.85 0.138 15 5752.40 5754.52 2288.46 5752.88 0.095 16 7800.74 7800.74 8024.49 0.035 图图3-8 3-8 武汉江汉四桥结构计算简图（单位武汉江汉四桥结构计算简图（单位:m:m）36 020

15、00400060008000100001200013579111315171921232527293133353739414345474951索力（k N ）合理成桥状态正装迭代成桥状态37图图3-10 主梁成桥弯矩图 主梁成桥弯矩图-25000-20000-15000-10000-500005000100001500020000-240-190-140-90-401060110160主梁轴向X 坐标（m）弯矩（k N . m)合理成桥状态正装迭代成桥状态 38 1. 提出了正装迭代法的算法提出了正装迭代法的算法,特点：特点： a. 只需作正装计算；只需作正装计算； b.不闭合可控；不闭合可控

16、； c.可进一步调整成桥状态（合二为一）可进一步调整成桥状态（合二为一）2. 方法适用于悬臂现浇和悬臂拼装施工情况方法适用于悬臂现浇和悬臂拼装施工情况 提出了控制参数的确定方法提出了控制参数的确定方法悬浇悬浇: 控制张拉索力控制张拉索力 中间张拉索力中间张拉索力 立模标高立模标高悬拼悬拼: 主梁制作线形主梁制作线形 控制张拉索力控制张拉索力 拼装标高拼装标高39 初应变法初应变法基本参数输入时间轴的确定时步循环计算外荷载计入上一时步的收缩徐变等效结点荷载结构刚度矩阵计算求解总刚，获得结点位移增量杆端内力增量计算结点位移和杆端内力累加计算下一时步的收缩徐变等效结点荷载结 束图5 - 1 7 混凝土收缩徐变计算的程序框图40 0123图 5-19 成 桥 三 年 主 梁 弯 矩 图-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000100000614223038465464728088主 梁 X坐 标 （ m)弯矩（kN.m)不 计 徐 变计 徐 变0123