斜拉桥设计计算方法

1、斜拉桥设计第1课：前进与倒退分析法课前说在斜拉桥的结构设计计算中，重点在于确定成桥目标状态和施工目标状态。搭建施工阶段与成桥状态的之间的“纽带”常用的方法包括前进分析法、倒退分析法、倒拆一正装交互迭代法、正装迭代法以及无应力状态法等。2影响因素3体外力与体内力1方法应用 目录 方法应用1 方法应用u 前进分析法p 该法是在斜拉桥的合理成桥状态与所对应的施工工序上实施，通过前进分析以模拟实际的施工阶段施工状态，因此在模拟施工过程里，可求得每个施工阶段 的位移状态和受力状态。p 可采用前进分析法求解斜拉桥结构在施工阶段的受力模式、位移情况，并根据求解结果，用于施工指导和监控；亦可通过施工阶段结果，

2、判断施工方法是否 合理，并提供改进措施或方案整改。p 前进分析法的施工仿真计算在前进分析中，能计入桥梁结构随时问变化发展的因素，如混凝土材料的收缩、徐变问题。1 方法应用u 前进分析法p 结构建模 结构信息的描述 单元离散、材料、截面尺寸、边界条件、分析模式 各状态的模拟 施工阶段划分、单元和边界的激活与钝化 张拉索力的描述p 前进分析法进行施工阶段模拟中的斜拉索初张力和安装标高是关键 通过施工阶段分析得到的成桥最终状态与预先拟定的合理状态相比较，只要两者差异较小，且施工过程是满足结构的受力要求和达到一定安全系数的，则可认为该成桥状态也就是最终可选择的设计成桥状态。1 方法应用u 倒退分析法p

3、 倒退分析法以所确定的恒载条件下成桥状态作起点，以达到求解施工阶段的立模标高与张拉力的目的。p 按照所预先制定的施工步骤，并将该施工阶段做相反制定，对结构进行倒拆 计算，每当进行一次倒拆分析，计入剩余结构的位移效应与斜拉索索力，从而转换为施工过程中所需提供的立模标高和拉索初张力。1 方法应用u 结构概况p 跨径： 230+448+230m1 方法应用u 前进分析 施工流程施工阶段持续时间内容CS001100基础及主塔施工CS00230支架安装O3+O1+O2号梁段CS0032安装塔下临时固结约束，拆除塔底支架CS0042吊装B01、Z01号梁段钢箱梁CS0051安装B01、Z01号梁段斜拉索C

4、S0061初张B01、Z01号梁段斜拉索CS0072安装吊机CS0087吊装B02、Z02号梁段钢箱梁CS0091二张B01、Z01号梁段斜拉索CS0101安装B02、Z02号斜拉索CS0111初张B02、Z02号斜拉索CS0122移动吊机CS0137吊装B03、Z03号梁段钢箱梁CS0141二张B02、Z02号梁段斜拉索CS0151安装B03、Z03号斜拉索施工阶段持续时间内容CS0161初张B03、Z03号斜拉索CS0172移动吊机CS0187吊装B04、Z04号梁段钢箱梁CS0191二张B03、Z03号梁段斜拉索CS0201安装B04、Z04号斜拉索CS0211初张B04、Z04号斜拉索

5、CS0222移动吊机CS0237吊装B05、Z05号梁段钢箱梁CS0241二张B04、Z04号梁段斜拉索CS0251安装B05、Z05号斜拉索CS0261初张B05、Z05号斜拉索CS0272移动吊机CS0287吊装B06、Z06号梁段钢箱梁CS0291二张B05、Z05号梁段斜拉索CS0301安装B06、Z06号斜拉索1 方法应用u 前进分析 施工阶段划分施工阶段持续时间内容CS0461初张B09、Z09号斜拉索CS0472移动吊机（适时支架安装B10号梁段钢箱梁）CS0487支架安装B10号梁段，施加B10号梁段混凝土压重CS0491施加次边跨合龙段压重CS0502吊装BH1号梁段钢箱梁，

6、完成次边跨合龙CS0511吊装Z10号梁段钢箱梁CS0521二张B09、Z09号梁段斜拉索CS0531安装B10、Z10号斜拉索CS0541初拉B10、Z10号拉索CS0552移动吊机，拆除B10号梁段次边跨支架CS0567吊装B11、Z11号梁段钢箱梁CS0571二张B10、Z10号梁段斜拉索CS0581安装B11、Z11号斜拉索CS0591初张B11、Z11号拉索CS0602移动吊机施工阶段持续时间内容CS0311初张B06、Z06号斜拉索CS0322移动吊机CS0337吊装B07、Z07号梁段钢箱梁CS0341二张B06、Z06号梁段斜拉索CS0351安装B07、Z07号斜拉索CS036

7、1初张B07、Z07号斜拉索CS0372移动吊机CS0387吊装B08、Z08号梁段钢箱梁CS0391二张B07、Z07号梁段斜拉索CS0401安装B08、Z08号斜拉索CS0411初张B08、Z08号斜拉索CS0422移动吊机CS0437吊装B09、Z09号梁段钢箱梁CS0441二张B08、Z08号梁段斜拉索CS0451安装B09、Z09号斜拉索1 方法应用u 前进分析 施工阶段划分施工阶段持续时间内容CS0617吊装B12、Z12号梁段钢箱梁CS0621二张B11、Z11号梁段斜拉索CS0631安装B12、Z12号斜拉索CS0641初张B12、Z12号拉索CS0652移动吊机CS0667吊

8、装B13、Z13号梁段钢箱梁CS0671二张B12、Z12号梁段斜拉索CS0681安装B13、Z13号斜拉索CS0691初张B13、Z13号拉索CS0702移动吊机CS0717支架安装O4号梁段钢箱梁施加O4号梁段混凝土压重CS0721施加边跨合龙段压重CS0731吊装BH2号梁段钢箱梁，完成边跨合龙CS0747吊装Z14号梁段钢箱梁CS0751二张B13、Z13号梁段斜拉索阶段时间内容CS0761安装B14、Z14号斜拉索CS0771初张B14、Z14号拉索CS0782拆除边跨支架CS0792拆除塔下临时约束CS0801施加中跨合龙段压重CS0812移动吊机CS0827吊装ZH1号梁段，完成

9、中跨合龙CS0831二张B14、Z14号梁段斜拉索CS0841施加BH2、B11号梁段混凝土压重CS08530拉索补张CS08690进行桥面及附属设施施工CS08760全桥检测索力，拉索终张CS0883650施工完毕，十年徐变CS0891000成桥运营1 方法应用u 前进分析 施工阶段划分1 方法应用u 有限元模型1 方法应用u 倒退分析 施工流程施工阶段持续时间内容CS0160二张B13、Z13号梁段斜拉索CS0170拆除Z14号梁段钢箱梁CS0180拆除BH2号梁段钢箱梁，完成边跨合龙CS0190施加边跨合龙段压重CS0200支架拆除O4号梁段钢箱梁施加O4号梁段混凝土压重CS0210移动

10、吊机CS0220初张B13、Z13号拉索CS0230拆除B13、Z13号斜拉索CS0240二张B12、Z12号梁段斜拉索CS0250拆除B13、Z13号梁段钢箱梁CS0260移动吊机CS0270初张B12、Z12号拉索CS0280拆除B12、Z12号斜拉索CS0290二张B11、Z11号梁段斜拉索CS0300拆除B12、Z12号梁段钢箱梁施工阶段持续时间内容CS0010成桥运营CS0020施工完毕，十年徐变CS0030全桥检测索力，拉索终张CS0040进行桥面及附属设施施工CS0050拉索补张CS0060施加BH2、B11号梁段混凝土压重CS0070二张B14、Z14号梁段斜拉索CS0080安

11、装塔下临时约束CS0090拆除ZH1号梁段，完成中跨合龙CS0100移动吊机CS0110施加中跨合龙段压重CS0120拆除塔下临时约束CS0130安装边跨支架CS0140初张B14、Z14号拉索CS0150拆除B14、Z14号斜拉索1 方法应用u 倒退分析 施工阶段划分施工阶段持续时间内容CS0310移动吊机CS0320初张B11、Z11号拉索CS0330拆除B11、Z11号斜拉索CS0340二张B10、Z10号梁段斜拉索CS0350拆除B11、Z11号梁段钢箱梁CS0360移动吊机，拆除B10号梁段次边跨支架CS0370初拉B10、Z10号拉索CS0380拆除B10、Z10号斜拉索CS039

12、0二张B09、Z09号梁段斜拉索CS0400拆除Z10号梁段钢箱梁CS0410拆除BH1号梁段钢箱梁，完成次边跨合龙CS0420施加次边跨合龙段压重CS0430支架拆除B10号梁段，施加B10号梁段混凝土压重CS0440移动吊机（适时支架拆除B10号梁段钢箱梁）CS0450初张B09、Z09号斜拉索施工阶段持续时间内容CS0460拆除B09、Z09号斜拉索CS0470二张B08、Z08号梁段斜拉索CS0480拆除B09、Z09号梁段钢箱梁CS0490移动吊机CS0500初张B08、Z08号斜拉索CS0510拆除B08、Z08号斜拉索CS0520二张B07、Z07号梁段斜拉索CS0530拆除B0

13、8、Z08号梁段钢箱梁CS0540移动吊机CS0550初张B07、Z07号斜拉索CS0560拆除B07、Z07号斜拉索CS0570二张B06、Z06号梁段斜拉索CS0580拆除B07、Z07号梁段钢箱梁CS0590移动吊机CS0600初张B06、Z06号斜拉索1 方法应用u 倒退分析 施工阶段划分施工阶段持续时间内容CS0760拆除B03、Z03号斜拉索CS0770二张B02、Z02号梁段斜拉索CS0780拆除B03、Z03号梁段钢箱梁CS0790移动吊机CS0800初张B02、Z02号斜拉索CS0810拆除B02、Z02号斜拉索CS0820二张B01、Z01号梁段斜拉索CS0830拆除B02

14、、Z02号梁段钢箱梁CS0840拆除吊机CS0850初张B01、Z01号梁段斜拉索CS0860拆除B01、Z01号梁段斜拉索CS0870拆除B01、Z01号梁段钢箱梁CS0880拆除塔下临时固结约束，安装塔底支架CS0890支架拆除O3+O1+O2号梁段CS0900基础及主塔施工施工阶段持续时间内容CS0610拆除B06、Z06号斜拉索CS0620二张B05、Z05号梁段斜拉索CS0630拆除B06、Z06号梁段钢箱梁CS0640移动吊机CS0650初张B05、Z05号斜拉索CS0660拆除B05、Z05号斜拉索CS0670二张B04、Z04号梁段斜拉索CS0680拆除B05、Z05号梁段钢箱

15、梁CS0690移动吊机CS0700初张B04、Z04号斜拉索CS0710拆除B04、Z04号斜拉索CS0720二张B03、Z03号梁段斜拉索CS0730拆除B04、Z04号梁段钢箱梁CS0740移动吊机CS0750初张B03、Z03号斜拉索1 方法应用u 倒退分析 施工阶段划分1 方法应用u 倒退分析 结构组 边界组 荷载组同正装模型影响因素2 影响因素u 前进与倒退分析不闭合现象 按倒退分析得到的施工阶段内力进行前进分析，倒退分析内力与对应前进分析阶段内力不一致； 依照倒退分析方法求得施工阶段索力，将索力代入进行施工阶段正序分析，得到的成桥内力状态与倒退分析初始状态内力状态不一致。2 影响因

16、素u 前进与倒退分析不闭合现象p 假定结构为线性模式，用倒拆分析得到对应施工阶段结果进行施工阶段前进分析模拟，保证两者分析方法在结构体系转换时状态一致，则前进分析结构与合理成桥结果闭合。p 但一旦计入材料收缩徐变相应或考虑几何非线性条件时，倒退分析与前进分析所对应的阶段将出现不闭合现象，桥后的状态达不到设计状态。p 前进分析考虑收缩徐变但倒退分析并不能考虑收缩徐变效应，两者计算的效应不同，因此两者之间存在不闭合问题。2 影响因素u 因素分析 结构体系转换因素引起的前进与倒退分析所对应阶段的状态不闭合 斜拉索垂度效应、结构大位移效应、梁柱效应等几何非线性因素导致的两种方法对应阶段不闭合 混凝土材

17、料收缩、徐变的时变效应引起的两者方法对应阶段不闭合解决措施3 解决措施u 状态不闭合p 桥梁结构在实际施工中由于结构体系转换不够理想造成与倒拆计算法确定的施工过程条件不一致导致的不闭合即为状态不闭合，包括合龙段、固定支座、临时支架和梁塔临时固结的安装与拆除等。3 解决措施u 计算不闭合p 几何非线性(拉索垂度效应和结构大变形效应) 、混凝土收缩与徐变p 从理论上讲几何非线性本身不会引起不闭合，实际中采用数值计算方法计算结构的几何非线性效应，在求解非线性方程组中，考虑到求解效率，引入了一定的求解误差，造成了计算上的不闭合。p 结构混凝土徐变、收缩引起的不闭合。原则上讲，倒拆计算无法进行混凝土收缩

18、、徐变计算。虽然有研究探讨了倒拆分析中计入徐变特性，取得了一定的研究成果，但大都是针对特定的条件和特定的计算方法，不具有普遍性。3 解决措施u 闭合条件p 倒退分析过程是完全可逆的p 材料是线性的、非时变的p 倒退分析过程的相反过程即施工阶段工序必须是实际可行的3 解决措施u 解决方法p 倒拆计算时，确保合龙段零应力拆除，一般采取对斜拉索索力的调整、施加合龙段对拉力或者采取其他辅助措施(如压重)，使得合龙段单元节点内力为零，拆除合龙段单元便可获得合龙阶段荷载、拉索参数信息。3 解决措施u 解决方法p 体系转换引起的不闭合：在前进分析中安装支座前施加力 (该力为倒退分析钝化边跨支座前一个阶段的支

19、座反力)消除支座安装与拆除的影响；倒退分析时激活临时固结阶段使该边界条件定义为结构变形前，以此消除塔梁临时固结的影响；3 解决措施u 解决方法p 倒退分析与前进分析均考虑几何非线性，并将过程中迭代计算的收敛精提高，由此可最大限度消除几何非线性带来的不闭合p 收缩徐变导致的不闭合可采用倒拆一正装迭代法，可使成桥索力接近于目标索力，结构成桥状态接近于目标状态且使误差达到可以接受范围；斜拉桥设计第2课：未闭合配合力的理解课前说考虑未配合闭合力，只进行斜拉桥正装分析，能使最终阶段的受力状态与成桥阶段的初始平衡状态的受力状态相同。2计算方法3正装分析1概念理解 目录 概念理解这是啥1 概念理解u 未闭合

20、配合力斜拉桥的正装分析过程中，激活某根拉索阶段，索两端节点已经产生了前一个阶段荷载引起的位移。为了安装拉索单元，需要把前一阶段变形的索两端节点拉回原来位置，此时需要的张拉力称为未闭合配合力。1 概念理解u 未闭合配合力斜拉桥正装分析时，将初始状态分析求得的初拉力加上未闭合力，以初拉力加载到施工阶段中，则不需要倒拆通过正装分析，在最后阶段得到与初始状态相同的结果。1 概念理解u 一次成桥vs分阶段施工1 概念理解u 一次成桥vs分阶段施工1 概念理解u 未闭合配合力 一般三跨斜拉桥的中跨跨中合龙阶段，合龙之前合龙段两端节点已产生位移，直接在此状态闭合合龙段，则整体结构的位移以及角位移将不连续，闭

21、合后的结果与初始成桥分析的目标结果也有差异。 如果我们先计算出能够使合龙段与两端结构变形连续的强制位移，并将强制位移对应的内力赋予给合龙段，然后再进行合龙闭合。就能够得到与初始成桥分析相同的结果。强制位移对应的内力也可称为合龙段的未闭合配合力。 对于斜拉桥进行分析时，斜拉索和合龙段都均需要考虑未闭合配合力，这样才能使正装的最终施工各阶段的结果与初始成桥分析结果完全闭合。1 概念理解u 未闭合配合力1 概念理解u 未闭合配合力 为了计算未闭合配合力，首先把要考虑未闭合配合力的斜拉索和梁单元定义为一个结构组。并在施工阶段分析控制对话框里，选择相应组选项。 当采用索单元进行斜拉桥分析时（考虑累加模型

22、的非线性分析），若建立索单元时直接输入拉索的无应力状态的索长，则无需再考虑未闭合配合力。因为，程序会自动计算考虑变性前索两端节点位置与施工中发生位移节点位置的差异的内力。计算方法2 计算方法u 未闭合配合力计算 施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力 使安装合拢段和边跨合拢段是时达到设计的成桥阶段状态合龙段上也会产生附加的内力2 计算方法u 斜拉桥2 计算方法u 斜拉桥2 计算方法u 斜拉桥2 计算方法u 斜拉桥正装分析3 正装分析u 未闭合配合力 对于一般斜拉桥分析，索和合龙段都适用未闭合配合力时，则可以省略倒拆计算施工阶段索拉力，仅通过正装分析即可完成斜拉桥设计。

23、3 正装分析u 斜拉桥3 正装分析u 斜拉桥一次成桥悬拼施工理想成桥索力3 正装分析u 斜拉桥悬拼施工悬拼施工(未闭合配合力)理想成桥索力3 正装分析u 斜拉桥编号B14B13B12B11B10B9B8B7B6B5B4B3B2B1Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13单元315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341未闭合初张索力 倒拆初张索力2954.8 1942.22502.3 2089.62344.7 2123.02123.1 1918.42422.5

24、 1973.91971.7 1840.21789.2 1834.01684.7 1718.61557.5 1652.01497.1 1561.41421.5 1516.11370.0 1347.81261.5 1141.11737.0 1268.41782.3 1300.41267.2 1145.41385.0 1357.91448.2 1533.61524.9 1579.41609.8 1632.71683.1 1711.01780.8 1769.41790.3 1858.01913.4 1917.92019.0 1978.62118.6 2043.62220.2 2111.7108.3%152.1%119.7%110.4%110.7%122.7%107.1%97.6%98.0%94.3%95.9%93.8%101.6%110.5%136.9%137.1%110.6%102.0%94.4%96.5%98.6%98.4%100.6%96.4%99.8%102.0%103.7%105.1%倒拆二张索力2988.03214.83266.22951.43036.72831.02821.52644.02541.62402.12332.52073.51755.51951.42000.617