钢管拱桥落梁法施工钢箱梁的优化控制研究

为了解决钢管拱桥施工中的钢箱梁落梁问题,建立了梁-拱-索三控方法的优化模型,以主拱圈和主梁的线形状态以及吊杆索力三者与设计值相对误差之和为目标函数,钢箱梁顶升高度为设计变量,在施工阶段采用坐标轮换法和抛物线法进行求解,基于落梁法施工原理,以越南钢管拱桥-龙桥为工程实例,采用梁-拱-索三控方法对其落梁法施工控制进行优化研究,结果表明:主拱圈和钢箱梁的线形、应力的实测值与理论值变化趋势一致,主拱圈和钢箱梁的位移最大误差分别为18mm和23mm,最大应力分别为-127.60 MPa和-33.39 MPa,吊杆力误差均在10%以内,吊索索力分布均匀合理,采用梁-拱-索三控法优化后落梁法施工的钢管拱桥成桥内力、线形和索力具有较高的精度,满足规范要求,能够很好地应用在钢管拱桥施工中,可为同类型桥梁的高效施工提供借鉴和参考。     

攀枝花新密地大桥拱圈悬臂浇注施工监控

攀枝花新密地大桥为主跨182m的混凝土拱桥,采用悬臂浇筑法施工拱圈,为确保施工过程的安全性和成桥状态的准确性,需要在施工各阶段对线形、索力及应力等参数进行监控。以上游拱圈监控工作为背景,利用MIDAS Civil建立全桥空间分析模型,基于正装法计算出各拱段浇筑及张拉过程的理想结构参数,在误差允许范围内合理调整扣锚索的索力来调整悬臂结构的实际状态,再根据拱段实测参数修正监控计算模型,达到计算模型与实桥施工状态的统一。施工过程中对拱圈线形、扣索和锚索的索力、拱圈应力、临时塔位移等结构参数的监控结果表明,主拱圈各项参数控制良好,满足设计要求。     

小矢跨比上承式混凝土连拱拱桥设计方案优化

井田大桥为74m+128m+74 m小矢跨比上承式钢筋混凝土三孔连拱拱桥,采用Midas/Civil软件建立全桥三维有限元模型分析结构在全施工过程中的受力状态,探寻小矢跨比连拱拱桥的合理成拱方案,优化主拱拱圈的拱轴系数与局部构造.结果 表明,缆索拼接方案的拼接界面不能满足小矢跨比拱桥的弯矩需求,挂篮悬浇方案则可以保证结构的整体性、安全性及美观性;增加拱轴系数能减小拱脚负弯矩,增加拱顶正弯矩,对L/4截面的弯矩影响不显著,综合平衡全拱圈正负弯矩,井田大桥主拱圈拱轴系数取2.6;优化拱圈截面形式后,主拱圈最大压应力处于相对均衡水平,且拱顶负弯矩大幅降低,使全桥内力分布更为合理.     

现浇钢筋混凝土拱圈分段浇筑长度与顺序对悬拼钢拱架的影响及优化研究

大跨径混凝土拱桥利用贝雷梁悬拼钢拱架进行拱圈浇筑过程中,拱圈的纵向分段长度、分段浇筑顺序将直接影响拱架在施工过程中的变形及应力,进而影响整个拱桥结构的成桥状态。通过有限元模型对拱架在浇筑过程中的受力状态进行分析,对拱圈分段浇筑长度、顺序进行优化,实际工程拱圈混凝土浇筑过程中的拱架变形、应力测量结果表明:拱圈分段浇筑优化后,将使拱架受力均匀,变形合理,可保证拱架在浇筑过程的安全性及拱圈成桥后的线形、内力满足规范及设计要求。     

下承式钢筋混凝土异型系杆拱桥的施工监控技术

依托上海市大庆桥-下承式钢筋混凝土异型系杆拱桥,研究了异型系杆拱桥的施工监控技术。通过拱肋、主梁的线形与应力监测及吊杆的索力监测,取得了很好的成桥状态。结构变形和受力均与有限元分析结果吻合且安全可控,成桥索力与设计索力最大误差不超过8%且全桥索力累积误差为1.3%,验证了施工方案的可行性,可为类似城市异型拱桥施工提供参考。     

悬臂浇筑拱桥扣索索力优化研究

为保证拱桥悬臂浇筑过程中的施工安全以及成桥后拱圈受力满足合理状态要求,以四川攀枝花新密地大桥(主跨为189.9m的上承式钢筋混凝土箱形空腹式拱桥)为工程背景,采用ANSYS一阶优化方法,分施工优化和成桥优化2步对其扣索索力进行优化研究。利用ANSYS有限元软件建立该桥参数化模型,施工优化中以拱圈整体应力为目标函数,对施工过程中的扣索索力进行优化计算;成桥优化中分别以弯矩和偏心距为目标函数,并考虑活载效应的影响,对最大悬臂状态时的扣索索力进行整体调整。结果表明,优化后悬臂浇筑过程中拱圈的拉应力水平明显降低,保证了悬臂浇筑过程中拱圈的施工安全;成桥后的拱圈受力情况得到有效改善,使运营阶段的拱桥受力更为合理。     

拱桥悬浇扣挂施工中最大悬臂状态下的索力调整

为寻找合龙前的最合理扣索索力,将最优化理论与正装计算运用到拱桥施工至最大悬臂状态下扣索索力的确定与调整中,利用有限元分析软件ANSYS的单元生死和优化功能,编制了拱桥施工过程中的索力优化程序。该优化计算采用1阶分析法,将有约束问题通过添加罚函数转化为无约束问题,以成桥后的拱圈截面控制弯矩最小为目标函数、扣索索力为设计变量,对合龙前的扣索索力逐根调整获得理想成桥内力,并将其应用于实际工程。结果表明,该方法优化效果明显,可有效改善成桥后的拱圈受力,是拱桥施工过程分析的有效工具,具有一定的应用价值。     

钢拱架裸拱线形及预抬高值迭代算法研究

大跨径拱桥主拱圈施工特别是缆索吊装钢拱架现浇主拱圈施工是一个复杂的过程。为保证施工安全,控制施工精度,需要精确确定钢拱架裸拱线形及其吊装过程扣索的控制索力。以某主跨108m的上承式钢筋混凝土拱桥为例,对缆索吊装钢拱架现测主拱圈的施工过程进行模拟,给出钢拱架裸拱线形及预抬高值的迭代算法及合理的扣索索力,对同类型桥梁仿真计算具有借鉴意义。     

钢拱架整体卸落的合理施工程序与方法

针对目前拱架法施工的大跨度混凝土拱桥钢拱架整体卸落施工过程研究较少的现状,以贵州甘河沟大桥主桥为工程背景,利用Midas有限元计算软件对大跨度钢拱架整体卸落的施工流程进行模拟分析,综合考虑拱架和拱圈的应力和变形,依据多方案试算比较分析得出:钢拱架整体卸落采用两岸拱脚处同时卸落或者依次卸落都是合理可行的,在钢拱架前4cm卸落过程中,可采用每次下降高度为1cm的方案进行施工;之后,可采用每次卸落2cm的方案进行施工。拱圈底板位移以及拱架应力的实测值与理论值吻合较好,表明了该程序与方法合理可靠。     

钢筋混凝土箱形拱桥施工控制

为使拱桥达到理想的成桥状态,结合岭兜特大桥工程,对采用预制拱肋、缆索吊装施工的钢筋混凝土箱形拱桥,利用结构有限元分析,根据倒装-正装计算法对施工过程中结构的受力特性和变形进行预测,施工控制中对主拱的应力、线形、扣索的索力等进行监测.结果表明:在拱肋吊装过程中拱轴线变化与计算一致,拱肋合龙后各控制点的实测高程与控制高程之差、轴线偏位均满足相关规范要求;主拱圈典型截面上的实测应力值与计算应力值接近;扣索实测索力与计算索力基本吻合,岭兜特大桥达到了理想的成桥状态.     

基于响应面法的系杆拱桥吊杆初内力优化

为精确优化系杆拱桥的吊杆内力,提出基于响应面法的系杆拱桥吊杆内力优化方法,优化过程包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和内力优化。以一跨72m系杆拱桥为例,选取各个吊杆初始内力作为自变量,系梁、拱肋的关键截面弯矩以及系梁关键截面位移和结构应变能作为因变量;采用Box-Behnken试验设计方法进行样本点试验设计,采用显式响应面函数拟合结构静力响应值与吊杆内力间复杂的隐式关系。确定目标函数和多约束条件,采用优化软件对多约束条件下的吊杆内力进行优化分析,给出了成桥在多约束条件下的吊杆最优初内力。研究结果表明：该方法可以很好地对系杆拱桥吊杆初内力进行优化,为系杆拱桥的设计和施工控制提供指导。     

超宽幅梁拱组合钢结构景观拱桥施工关键问题研究

城市桥梁不仅需要满足基本的通行需求,其建筑造型还应符合建设环境的景观协调性。异形拱桥因其结构受力优异、造型轻盈美观,多作为城市景观桥梁的主要比选桥型。本文基于深圳梦海前湾河桥的结构特点和施工工艺,介绍了一种梁拱结合体系桥梁在预制和安装阶段保障主梁、异形拱肋线形、应力、吊杆力和临时支撑安全的关键技术,并通过空间有限元分析指导全过程施工监控。根据实测反馈数据,大桥线形、吊杆力误差均在允许范围内,施工精度良好,景观效果也达到了预期目标。     

大跨径自锚式悬索桥合理成桥状态的确定方法

通过对有限位移理论和解析迭代法的分析,对基本参数进行分析研究,提出了确定自锚式悬索桥合理成桥状态的思路和方法。以主缆为切入点,在确定主缆线形及吊索、加劲梁内力的情况下,最终得到主缆和吊杆的无应力长度及施工结构状态。基于上述理论,以某主跨328 m的自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座预偏量、成桥阶段加劲梁、吊杆的内力,确定了该桥的合理成桥状态。     

基于影响矩阵和粒子群算法的异形斜拉桥调索

斜拉桥的合理成桥索力的确定是斜拉桥设计和施工中的关键环节,获取符合条件的初索力是建立桥梁的有限元模型、完成施工阶段的分析和施工索力监测的基础。异形斜拉桥的结构相对比较复杂,其受力特点不同于常规的斜拉桥,传统的迭代法或具有不适用性,且迭代法需要进行多次试算,过程较为繁琐。粒子群算法可以高效便捷地得到合理的成桥状态,实现索力优化的自动化和智能化。为验证结合粒子群算法的索力优化方法的可行性,以某异形斜拉桥项目为背景,建立三维有限元模型,结合影响矩阵法和粒子群算法编MATLAB程序对桥梁斜拉索的初始索力进行求解,并与传统迭代法的优化结果进行比较,验证该方法的可行性。结果表明：传统迭代法在优化结构较复杂的异形斜拉桥时具有局限性,基于影响矩阵和粒子群算法的索力优化方法能够用来自动化求解结构较为复杂的异形斜拉桥的初始索力群,优化过程简便、高效。     

大跨悬浇钢筋混凝土拱桥施工扣索力优化计算分析

为有效控制钢筋混凝土拱圈在悬臂浇筑过程中出现过大的拉应力,文中以某大跨悬浇钢筋混凝土拱桥为依托,提出一种扣索力优化计算方法。首先,基于“未知荷载系数法”获取拱圈最大悬臂状态扣索力初值;然后,开展正装分析并提取施工过程的索力、应力以及位移影响矩阵,基于优化原理并利用MATLAB软件对扣索力开展进一步优化。最后,分别基于影响线原理和无应力状态法原理确定拱圈合龙前扣索力最优拆除顺序和扣索补张拉值,确保拱圈受力合理、松索成拱后拱圈线形光滑圆顺。算例结果表明,扣索初拉力值较为均匀,所有索力值安全系数均大于2.5;拱圈松索成拱线形合理,未出现“马鞍形”;拱圈施工过程中截面拉应力均小于1.8 MPa,满足设计要求。     

500 m级钢管拱桥成拱计算与控制方法

在大跨径的钢管混凝土拱桥中，钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面，引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法，明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。基于该控制方法，构建了钢管拱桥的成拱计算理论方法。该计算理论首次给出了钢管拱肋合龙前后的力学状态联系方程，建立了成拱后拱肋线形误差与施工过程索力的数学关系，构建了同时考虑施工全过程约束条件与成拱后线形偏差的一次调索优化模型。该一次调索优化模型可在任意给定的成拱线形误差范围和施工过程中的塔偏、封铰、合龙等耦合约束条件下，求解最优的扣背索一次张拉索力。在成拱施工控制方面，首次提出采用三维扫描技术进行大型钢管拱肋的无应力参数精确控制与检测方法，给出了详细的封铰控制、拱肋节段无应力参数控制和合龙控制的具体实施方法。在跨径为507 m的合江长江公路大桥的建设全过程,采用了所提出成拱计算理论与控制方法。实践表明:所提出的成拱计算理论具有控制目标少、计算目标明确、索力分布与张拉最优的优点；所提出的控制方法确保了钢管拱肋制造与安装无应力尺寸的精度，极大地减少了施工过程中拱肋线形误差调整次数。大桥拱肋成拱后实测结果表明，拱肋线形与应力状态与一次落架状态吻合良好。     

某异型系杆拱桥空间力学特性分析

为研究斜吊杆异型系杆拱桥的空间力学特性,以某异型系杆拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil建立该桥空间有限元模型,分析其在施工和使用阶段的静、动力特性及结构稳定性.分析结果表明:该桥斜吊杆附加应力对拱肋影响较大,全桥纵、横梁框架体系整体刚度较大,拱肋挠度对整体降温比较敏感,使用阶段各吊杆应力幅比较均匀,为50 MPa左右;拱肋侧倾刚度较小,拱肋刚度对全桥刚度贡献较大,各阶段稳定系数均较高;吊杆调索对全桥应力水平有较大影响,施工中应予注意.     

千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化

针对斜拉桥的施工控制技术问题,提出了斜拉桥两阶段索力优化的方法,采用一阶最优化计算方法来确定某千米级斜拉桥在施工状态和成桥状态下的合理索力。首先将斜拉桥成桥后的线形和梁塔的最小弯曲应变能设为目标函数,通过对目标函数的最优化处理,求出各施工阶段的斜拉索索力和主梁的预转折角,用空间非线性有限元法模拟钢箱梁的悬臂拼装过程;成桥后,将斜拉桥梁塔的最大和最小弯矩设为目标函数,求出斜拉索索力的合理调整值。计算结果表明:该方法是可行的,结果也是合理的。     

兴隆76路中承式异形钢管拱桥总体设计

兴隆76路中承式异形钢管拱桥为成都市天府新区直管区川法生态科技园的一座标志性景观桥梁，跨径组成为32 m+96 m+32 m，主拱拱圈整体造型为人字形，截面形状呈蜜桃形，除了左右两拱圈交汇处采用变截面外，其余区段均为等截面，主梁为等高等宽连续钢箱梁，其桥面板采用正交异性板结构，吊杆上、下端均采用钢锚箱与主拱拱圈、主梁进行锚固。采用有限元软件对主桥进行整体静力及稳定性分析，结果表明：在施工阶段及运营阶段主拱和主梁的承载能力均满足设计规范要求，桥梁具有良好的静力性能。通过总结此类桥梁结构的设计形式及受力特点，可为后续其他类似桥梁的设计提供经验参考。     

多拱肋异型系杆钢拱桥温度敏感性分析

为研究不同形式的温度变化对异型桥梁成桥状态的影响,该文以一座多拱肋异型系杆钢拱桥为工程背景,建立Midas Civil空间有限元计算模型,选取整体温度、梁拱温差、纵桥向索面温差和横桥向索面温差四个参数对其进行敏感性分析,得到各参数对桥梁结构变形、应力和索力的影响程度。结果表明：梁拱温差对桥梁结构变形、应力和索力影响较大,是三者共同的敏感参数;整体温度作用对变形有较大影响,对应力和索力影响较小;纵桥向和横桥向索面温差对索力的影响程度较大,对变形和应力的影响程度较小。