斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究

根据斜拉桥结构受力特性和施工控制的需要，在模拟斜拉桥实际施工过程计算的基础上，通过建立斜拉桥施工初始索力和主梁（或塔）内力关系的数学模型，以成桥时主梁内力最小为控制目标，以各施工阶段的塔梁受力及塔梁变形为约束条件，采用有限元方法优化出斜拉桥施工初始索力和成桥恒载时的最终索力，保证了结构受力合理和施工安全。     

独塔不对称斜拉桥拉索索力施工监控研究

斜拉桥拉索索力对结构受力及成桥线形有较大影响,施工中必须对索力进行精确监测.文中以一独塔双索面斜拉桥施工监控为背景,先对设计成桥索力进行优化复核,确定施工节段索力分批张拉值,然后通过锚下张拉力识别索力测试公式中的相关参数,得到用于实桥索力测试的修正公式,提高索力测试结果的精度.     

梁拱组合体系桥吊杆张拉控制

梁拱组合体系桥充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用,结构受力较为复杂,为使成桥内力及线性符合设计要求,吊杆张拉控制非常重要。为避免多次张拉,利用有限元计算软件MIDAS CIVIL建立全桥施工阶段模型,据现场实测不断对理论模型进行修正。假定吊杆初张力及张拉顺序,进行正装迭代分析,比选吊杆张拉最佳方案。在吊杆张拉过程中利用频率法测量吊杆索力变化,对主梁及拱肋应力应变、主梁及拱肋变形进行同步监测。实践证明,根据优化方案进行吊杆张拉,可以满足拱肋、主梁受力及线性要求,成桥后索力与设计索力在误差允许范围之内,避免了吊杆多次张拉调整。     

斜塔有背索斜拉桥结构参数敏感性分析

为提高斜塔有背索斜拉桥的施工控制精度,以阿勒泰市红墩路跨河桥为工程背景,采用有限元计算程序MIDAS Civil建立三维空间有限元模型,利用仿真分析方法对各设计参数的敏感性进行研究,分析了温度变化、结构自重、施工索力、主梁刚度等参数在成桥阶段对桥梁内力、线形及索力的影响规律.计算结果表明:温度变化对成桥索力影响较大;温度变化、施工索力误差对主梁线形、内力以及桥塔位移影响较大;结构自重对成桥状态有一定影响.通过修正主要设计参数,忽略次要设计参数,对红墩路跨河桥进行施工监控,所得成桥线形状况良好,误差在允许范围内.     

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.     

四塔预应力混凝土斜拉桥调索及整体静力计算分析

斜拉桥是一种高次超静定结构,索力的大小对结构受力影响非常大.如何确定斜拉桥的合理索力是斜拉桥设计、施工以及运营中的重要问题.该文以汝郴高速公路赤石特大桥为背景,建立斜拉桥有限元分析模型.根据零位移目标,采用最小能量法和影响矩阵法,同时辅以Matlab优化工具箱,确定合理的成桥状态索力,并以此索力对结构进行施工阶段和运营阶段分析.结果表明:该方法能较好地确定斜拉桥的合理成桥状态.     

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。     

基于Midas的斜拉桥索力优化方法与工程实例

介绍了基于Midas/Civil的斜拉桥索力优化分析思路;以江津粉房湾大桥为工程实例,进行了斜拉桥索力优化调整计算,并对不同约束条件下的优化结果进行了对比。结果显示,优化索力值比设计给定的索力值更为合理,与设计成桥索力相近,说明优化方法可行,选取的成桥状态约束条件合理,计算思路正确。     

影响矩阵法确定斜拉桥施工阶段初拉索力

以某预应力砼独塔单索面斜拉桥为工程背景,描述了利用正装迭代法确定施工阶段初拉索力的过程;该桥主梁采用满堂支架整体现浇施工,斜拉索依次张拉并调索,在对结构正装分析时,采用索力为优化目标,根据索力对结构的敏感程度选择调整值,进行迭代计算直至收敛满足精度要求。计算结果表明,最终成桥状态与优化后的合理成桥状态非常接近。     

独塔钢斜拉桥成桥索力及施工索力计算分析

以某单塔中央双索面钢斜拉桥为研究背景,采用MIDAS Civil有限元程序进行建模计算,采用恒载平衡法初步拟定成桥索力,根据设置的控制目标,以初拟索力为基础进行多次调整索力以达到预期的成桥状态从而求得合理成桥索力。采用正装迭代法对斜拉索施工阶段进行模拟,经过多次迭代计算,得到施工索力。结果表明,成桥索力较为合理,按照施工索力能够满足斜拉桥合理成桥状态要求。对独塔钢斜拉桥合理成桥索力和施工张拉索力的确定提供借鉴和参考。     

基于MIDAS CIVIL的双塔双索面斜拉桥关键施工阶段受力性能分析

依托某双塔双索面钢-混凝土组合梁斜拉桥,基于有限元软件MIDAS CIVIL,通过建立全桥有限元模型并对其索力进行优化,以弯曲应变能最小为计算原则,当将主塔和主梁的抗弯惯性矩减小10 000倍时,得到满足要求的合理成桥状态,然后利用正装迭代法对施工阶段的索力进行求解,通过7次迭代,得到了施工阶段的索力值,利用其计算得到的成桥状态索力与合理成桥状态索力进行对比可知两者变化规律相同,吻合度较高,最近误差仅为4.5%。选取边跨合龙阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段作为关键施工步骤,重点研究了主塔和主梁的弯矩、轴力和位移在各个施工阶段的变化规律。     

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。     

预应力混凝土斜拉桥施工索力优化的影响线法

影响线法是一种优化预应力混凝土斜拉桥施工索力的新方法。它以成桥受力的“可行域”为约束,通过确定并调整相对薄弱的主梁截面所对应的最敏感斜拉索,最有效地实现预应力混凝土斜拉桥施工、成桥受力状态的优化。该法可以考虑各项非线性因素以及具体的施工过程。具体实施过程通过一实桥算例详细地说明。     

基于内力平衡法的矮塔斜拉桥合理成桥状态研究

作为近年来发展的一种新桥型,矮塔斜拉桥在其结构、受力上都有自身的特点。合理成桥状态是指斜拉桥成桥后,在全部恒载作用下,各构件的受力均满足某种理想状态。在矮塔斜拉桥设计过程中,确定其合理成桥状态是非常重要的部分,为确定矮塔斜拉桥的合力成桥状态,以常山矮塔斜拉桥为研究背景,首先基于内力平衡法对主梁弯矩可行域进行求解,并以此主梁弯矩可行域作为索力控制目标初步得到满足主梁受力要求的索力值,进而增加更多的索力控制条件对初定的索力值做进一步优化,以得出既满足主梁受力要求同时分布均匀的索力值,该组索力所确定的成桥状态就是该桥合理成桥状态。该文章为同类桥型设计分享经验。     

基于响应面法及粒子群算法的异形斜拉桥索力优化

为简化异形斜拉桥的索力优化过程,提出了采用响应面法与粒子群算法相结合的索力优化方法。该方法首先通过分析异形结构的受力特点确定优化目标,再利用响应面法将优化目标函数与成桥索力的关系显式化并构建响应面方程,最后结合粒子群算法根据响应面方程进行索力寻优。为验证该优化方法的有效性,以某异形斜拉桥为背景开展索力优化。基于该异形斜拉桥受力特点,以主梁的横梁两端最大剪力差为优化目标、以斜拉索成桥索力为优化变量、以斜拉桥成桥索力均匀性为约束条件,建立了索力优化目标函数进行索力优化。结果表明：优化后该异形斜拉桥主梁的横梁两端最大剪力差减小20.3%,主梁最大弯矩减小13.8%,南北侧边箱梁最大竖向位移差减小25.0%;全桥成桥索力及主梁弯矩均匀性均有所提升,主梁受力、线形更加合理。     

三汊矶湘江大桥整体模型试验

为了获得自锚式悬索桥施工阶段结构体系转换过程中各构件的受力状况及成桥后结构的力学性能,利用优化方法计算了缆索系统的安装过程,并对三汊矶湘江大桥进行了缩尺比例为1:28的整体模型试验.介绍了优化计算的原理以及模型设计、试验方案的细节,并对施工过程中顶升主梁进行吊索的无应力安装过程以及活载作用下结构力学性能的测试和计算作了详细说明.结果表明:模型试验的测试结果与计算值吻合良好,吊索的无应力安装能够满足施工阶段的受力要求并达到设计成桥线形;活载作用下结构挠度、应力与荷载呈线性关系,叠加原理能够适用.     

矮寨特大悬索桥地锚索的设计、影响与安装过程分析

地锚索的设置是在加劲梁跨度小于主缆跨度的情况下采取的措施,主要出现在山区大跨度悬索桥中,由于情况少见,这方面研究鲜见报道。笔者以矮寨特大悬索桥为工程背景,首先对地锚索的设计与施工进行了介绍;然后针对地锚索的设置与索力大小对成桥状态与正常使用极限状态的影响进行了计算分析比较,得出了地锚索可以改善加劲梁与端吊索受力、稳定活载支反力、优化主缆局部线形的结论,同时确定了地锚索成桥设计索力的合理取值范围;最后对地锚索的安装与张拉过程进行了分析,给出了合理的施工阶段与计算结论。     

斜拉桥成桥索力优化方法研究综述

为了深化对斜拉桥成桥索力优化问题的认识，系统回顾斜拉桥成桥索力优化方法的研究进展与代表性研究成果；在将斜拉桥成桥索力优化方法分为指定结构状态的优化方法、弯曲能量（弯矩）最小法、数学优化方法、影响矩阵法、分步优化方法的基础上，根据斜拉桥合理成桥状态的确定原则阐述各类方法的求解思路与优化过程，并总结各类方法的特点、适用范围以及局限性；探讨斜拉桥成桥索力优化领域的未来发展趋势。研究结果表明：指定结构状态的优化方法其优化目标明确，力学概念清晰，计算方便，但无法兼顾主梁和桥塔的受力和变形，很难获得全局合理的结果，目前仅用于初定斜拉桥成桥状态；弯曲能量最小法的目标函数综合考虑了主梁和桥塔的受力与变形，体现了索力优化的本质特征，能够获得较为合理的优化结果，但在不添加任何约束条件时所得结果仍需进行后续调整，目前也多用于初定斜拉桥成桥状态；数学优化方法可根据不同类型斜拉桥的结构特点选择目标函数、约束条件与优化算法，所得结果也可兼顾斜拉桥各个构件的受力和变形，适用性较强，智能优化算法因其较好的全局收敛性、通用性和便于并行处理等特点，使得其在斜拉桥成桥索力优化乃至结构优化设计领域中的应用越来越广泛；影响矩阵是建立索力与目标函数关系的纽带，是一种综合的索力优化工具，但它需要在明确优化目标与约束条件的前提下求解；分步优化方法融合了多种优化方法的优势，可根据不同类型斜拉桥的受力和变形要求，分步骤选择不同方法全面优化斜拉桥的成桥索力；为适应斜拉桥大跨径化、主梁纤细化以及结构体系多样化的发展趋势，探索针对性或普适性更强的成桥索力优化方法、斜拉桥成桥状态与施工状态耦合优化、将更多优秀的智能优化算法应用于斜拉桥索力优化以及将数学优化算法与有限元程序进行嵌入式融合等问题均是该领域未来的发展方向。     

综合法初定斜拉桥合理成桥状态

以某顶推施工独塔斜拉桥钢箱梁为背景,在斜拉桥各种设计理论的基础上,提出了一种更适合于钢箱梁斜拉桥的索力优化方法。采用最小弯曲能量法初定成桥状态,力平衡法确定主梁的弯矩可行域,作为进一步约束优化的约束条件,从而得到斜拉桥各部件受力合理的成桥状态。     

贵溪大桥独斜塔无背索斜拉桥塔梁同步施工技术

贵溪大桥是采用独斜塔无背索结构的大跨径斜拉桥,施工采用了塔梁同步施工技术,将主梁悬拼与倾斜索塔施工结合起来,塔、梁、索一直处于动态三角平衡状态。控制施工各阶段应力、线形、索力,修正各种施工误差,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。