基于无应力状态控制法的斜拉桥运营期调索计算方法研究

以某座运营多年的斜拉桥调索施工为例,基于无应力状态控制法,结合ANSYS的优化分析功能,先后识别出斜拉桥运营期调索基准状态的斜拉索无应力长度、刚度参数和目标状态的斜拉索无应力长度,基准状态与目标状态斜拉索无应力长度之差即为相应张拉拔出量,而利用ANSYS后处理器先后提取的基准状态与目标状态的计算索力之差即为斜拉桥运营期调索的施工索力调整量。通过调索施工控制实践,验证了该方法计算结果精确,能有效控制斜拉桥运营期调索施工过程的内力与线形,确保预期合理目标状态得以实现。     

斜拉桥施工中多工序并行作业技术

分阶段施工实际上是斜拉桥结构体系与作用于结构上的荷载不断变化的过程.施工工序的变化引起荷载的变化,结构上荷载的变化改变着斜拉索的索力,斜拉索的主动调索表面上是改变着斜拉索的索力,而本质上是改变了斜拉索的无应力长度.按照无应力状态控制法最终结构的内力和线形与施工过程无关的基本原理,可以实现斜拉桥施工中斜拉索调索与其他工序同步并行作业.     

双套拱塔斜拉桥索力张拉优化及控制

为研究双套拱塔斜拉桥施工控制技术,尤其是塔间索及斜拉索的张拉方案合理性及张拉控制方法,以小凌河大桥为背景,采用MIDAS Civil有限元软件建立该桥空间计算模型,进行施工过程的模拟计算,根据计算结果对拉索安装和张拉方案进行了优化。优化后,赋予塔间索初张拉无应力长度,二次调索时调整到成桥状态的无应力长度;斜拉索自内而外安装并张拉,索力小于250kN的斜拉索,调整其初张拉无应力长度使索力满足测量要求,其他斜拉索直接张拉到设计的无应力长度。监控结果表明,采用优化后的索力张拉方法对该类桥梁进行施工控制,整个施工过程中结构安全、受力明确,得到的成桥索力误差小。     

多段索异形塔斜拉桥施工阶段索力计算

对于具有主、副塔和分段索的多段索异形塔斜拉桥,塔和索相互作用影响较为复杂,特别是施工阶段的索力计算更为繁琐,其索力计算难点体现于多段索间的相互影响及桥塔刚度随塔间索索力的变化而改变。为研究该类桥施工监控中的索力控制问题,以多段索异形塔斜拉桥为研究对象,对比了正装、倒拆等计算方法后,采用无应力状态法建立Midas模型进行理论研究,探讨了无应力状态法求解此类桥梁施工阶段拉索张拉力的适用性等。研究结果表明:结合无应力状态法增设中间施工控制状态能极大简化多段索异形塔斜拉桥繁琐索力计算;面对由于施工工序变更等原因引起的复杂索力调整问题,能高精度快速求解各施工阶段拉索的张拉力。基于无应力状态法增设中间施工控制状态的索力计算方法拓展了无应力状态法控制理论在该类桥型中的应用。     

无应力长度正装迭代法在无背索斜拉桥工程中应用

在斜拉桥施工过程中,每次张拉的斜拉索都会对其他斜拉索产生复杂的影响,通常采用倒拆法、倒拆-正装法及无应力状态法均存在不同程度的不闭合问题,不容易求解到合理的施工过程索力。为研究确定无背索斜拉桥施工时合理施工状态的方法,以一座主跨180 m无背索斜塔单索面钢混组合斜拉桥为例,采用Midas Civil基于无应力长度结合正装迭代思路建立成桥阶段和施工阶段有限元分析模型。首先根据初始索力求解出无背索斜拉桥初始无应力长度,然后依据最小二乘原理通过多次正装迭代分析,使斜拉桥施工最终状态和成桥目标状态差异达到允许范围内,求解得斜拉桥合理施工状态的索力值。通过实例证明,基于无应力长度正装迭代法可以较好地解决无背索斜拉桥施工正装分析的不闭合问题,完成索力优化,满足工程精度要求。对无背索斜拉桥合理成桥状态索力及合理施工过程索力优化提供了一定参考,具有一定的推广价值。     

斜塔斜拉桥合理成桥索力研究

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构的受力影响非常大,确定斜拉桥合理成桥状态的关键问题是如何控制斜拉索在成桥时的索力。该文以厦门某座斜塔斜拉桥为例,运用几种调索理论进行调索,进行比选后确定了适合本桥的成桥索力。     

一种斜拉桥目标状态索力快速精准确定的方法

为了精准高效地确定斜拉桥目标状态索力,提出一种新型快速精准调索方法。该方法实施步骤为:计入结构的几何非线性效应,对斜拉索施加一定初张力确定计算初态;在计算初态基础上设定斜拉索的索力增量作为主调向量,通过逐次轮换主调向量进行有限元计算,相比计算初态确定关心截面内力或位移的增量效应矩阵及边界矩阵等参量;利用数值优化理论,建立约束条件及目标优化函数求解出满足要求的最优索力。以主跨518 m的荆岳铁路公安长江特大斜拉桥为工程实例,对该桥成桥状态、施工过程子目标状态的索力进行优化并对施工监控误差进行修正。结果表明:优化后的结构状态均满足工程要求,该调索方法具有快速、高效、精准等优点,可推广至斜拉桥、拱桥等成桥状态和施工过程控制子目标状态的索力确定,并为施工监控索力调整等提供了一种新的解决途径。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

基于无应力状态法的斜拉桥大范围调索技术研究

为解决大跨度斜拉桥大范围调索施工工序复杂、施工周期长以及受施工荷载和温度影响较大等问题,基于无应力状态法基本原理提出了以斜拉索无应力长度为控制指标的斜拉桥大范围调索技术,通过珲春大桥大范围调索实例论证了该调索技术基本原理的正确性,得出了相比传统大范围调索技术的优势。研究表明,基于无应力状态法基本原理的大范围调索技术以斜拉索无应力长度为控制指标,可以在任何温度、任何荷载状况下进行斜拉索的张拉或放松;减少了按照传统计算方法需要确定各施工状态斜拉索张拉力的工作量;在保证结构受力安全的前提下可以从任何一根或者几根同时张拉,不必按照特定的张拉顺序逐根张拉,减少了施工工序,节省了施工时间,提高了施工效率。     

无背索部分斜拉桥斜拉索张拉施工方案分析

为确定无背索部分斜拉桥斜拉索的合理张拉施工方案,以溱水路大桥为例,对该桥斜拉索一次张拉和分级三次张拉的施工方案进行研究.应用MIDAS Civil有限元软件建立该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究斜拉索一次张拉和分级三次张拉对该桥结构力学行为的影响,探讨斜拉索分级张拉施工的合理性,并基于影响矩阵法进行成桥索力调整.结果表明:该桥分级三次张拉斜拉索的施工方案较为有利,且施工可行,成桥后可采用影响矩阵法进行索力调整,仅需较少次数索力调整即可达到索力设计目标,可避免反复进行斜拉索张拉调整的繁琐施工工序.     

斜拉索实测索力计算方法研究

斜拉桥的索力测试,目前最常用的方法是频率法测试出斜拉索的振动,然后通过频率-索力计算公式换算出斜拉索的索力.结合吴江舜湖大桥工程,在斜拉索施工的时候,当索力和相应索力频谱已知的情况下,探讨出合适的计算方法;在后期的索力测试中,根据张拉过程中推导的计算方法,可以准确计算斜拉索的索力,使得斜拉索索力和主梁内力同时满足设计要求.     

一种基于指定应力的斜拉桥成桥索力调整方法

为解决斜拉桥成桥阶段的索力快速调整问题,提出了一种基于指定应力的索力调整方法。对每根拉索单元引入非弹性收缩量,与常规节点位移一起组成拉索单元的基本未知量。在拉索单元的平衡方程中,与非弹性收缩量对应的右端项为拉索的索力。在全桥的有限元平衡方程中,各拉索的索力成为与相应拉索的非弹性收缩量对应的右端项,从而得到以常规节点位移和拉索非弹性收缩量为广义位移向量、以常规节点荷载和拉索的索力为广义荷载向量的有限元平衡方程。利用含非弹性收缩量的斜拉桥全桥有限元平衡方程,可实现在指定全部索力的情况下,一次求解整体平衡方程得到各拉索与目标索力对应的非弹性收缩量,减去拉索的初始非弹性收缩量即为调索量,使得全部拉索可从原始索力精确地达到目标索力。为解决实际施工中只调整部分索力满足全桥索力要求的问题,提出了以部分拉索的非弹性收缩量为优化变量、以全部拉索的索力差为目标函数的优化模型,推导了相应的计算公式。用C++语言编制了一个有限元软件用于全桥调索计算,输出总刚矩阵,在Matlab软件中利用fminimax函数进行了部分调索的优化分析。算例演示了全桥调索算法和部分调索算法的可行性和有效性。     

一种确定斜拉桥合理成桥索力的综合方法探讨

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构的受力影响非常大,确定斜拉桥合理成桥状态的关键问题是如何控制斜拉索在成桥时的索力.围绕这一问题,在比较各种控制索力方法特点的基础上,介绍了综合刚性索法和自动调索法确定合理成桥索力的原理和步骤,通过算例证明,该方法概念明确、计算方便,所得结果满足要求.     

弹性悬链线解答在斜拉桥施工控制无应力状态法的应用

斜拉桥在梁段浇筑过程中的调索是一项较复杂的工序,无应力状态法通过拉索的无应力长度建立不同施工状态之间的联系,用拉索拔出量进行调索控制,使得调索目的明确,操作简便。而拉索无应力长度计算必须考虑几何非线性效应。该文阐述了采用弹性悬链线解答计算拉索的无应力长度,并将此结果与规范建议的换算弹模方法作对比,两者符合良好。说明换算弹模法应用于斜拉桥无应力状态法施工控制可以满足工程所需的精度要求。该文所提到的无应力状态施工控制方法及计算过程可供同类桥梁的建造参考。     

基于贝叶斯更新的斜拉桥施工过程索力预测

为提高大跨径预应力混凝土斜拉桥施工过程中斜拉索的过程索力预测精度,引入贝叶斯统计方法,提出基于贝叶斯更新的斜拉桥过程索力预测模型及计算方法,基于过程索力偏差样本数据库,利用MATLAB平台,迭代更新下阶段索力偏差,不断修正、提高预测精度,并将该方法应用于广东省均安特大桥(主跨250m的双塔预应力混凝土斜拉桥)中。结果表明:采用基于贝叶斯更新的斜拉索过程索力预测方法后,该桥斜拉索过程索力预测精度提高了36.34%～39.33%。该方法将传统统计学理论与斜拉桥建设过程索力预测相结合,为大跨径预应力混凝土斜拉桥施工过程索力预测提供了新的解决方案。     

ANSYS在结合梁斜拉桥索力优化中的应用

利用有限元程序AN SY S对一座结合梁斜拉桥进行了索力优化设计。以斜拉索的张拉索力为设计变量,斜拉索和结合梁的应力以及支座反力为控制变量,将成桥后主梁的最小弯曲应变能作为目标函数,通过一阶优化算法,确定最优索力,即施工时的合理张拉索力。计算结果表明该方法简单、有效。     

斜拉桥换索施工监控技术探讨

斜拉桥由于多因素的影响，致使部分斜拉桥运营一段时间后需要全部或部分更换斜拉索。结合犍为岷江大桥换索工程，探讨斜拉桥换索施工监控中的技术问题。采用平面杆件有限元分析方法进行了结构换索前的状态模拟，介绍了理论计算、索力监控测量、换索方法及施工过程监控。从该桥的监控实践来看对一点多索的斜拉桥换索主要监控索力和线形。     

斜拉索无应力长度求解及成品索长合理确定

斜拉索的无应力长度和成品索长是斜拉桥设计和施工中2个关键的参数.根据索端竖向分力与索无应力长度的关系,采用Levenberg-Marquardt迭代算法,给出求解索端预张力已知时拉索无应力长度的方法,算例表明,该算法迭代次数少、简单、可靠、计算稳定且收敛快.同时结合斜拉桥施工过程计算,综合考虑梁体立模预抬高、索塔变位和斜拉索索力调整过程,提出斜拉索成品索长的确定方法,通过与某桥现场情形相比,表明利用该方法计算实桥斜拉索的成品索长更趋合理,并可方便施工.     

富民桥斜拉索挂设工艺及施工索力计算方法

富民桥为折线形双塔单索面斜拉桥,斜拉索两端均采用张拉端设计.介绍富民桥斜拉索的挂设方法和施工中的牵引索力的计算.     

换索斜拉桥合理受力状态研究

斜拉索功能退化导致结构的线形、索力与设计目标值相差较远,为改善这种状况,首先以索力优化理论为基础,利用最小弯曲能量原理,建立了通过换索改善结构线形与内力的理论和方法。然后以云南皎平渡斜拉桥换索为工程背景,以换索前实测索力和线形为参照,以主梁应力为主要控制目标,综合考虑斜拉索受力和主梁线形来确定斜拉桥换索后合理成桥受力状态。