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。     

大跨度钢箱梁斜拉桥主梁制造误差分析与优化调整

为研究规范允许范围内的主梁随机制造误差对大跨度钢箱梁斜拉桥成桥线形的影响,以自适应无应力构形施工控制理论为指导,以大跨度双塔斜拉桥——石首长江公路大桥为例,分析和研究主梁构件随机误差效应对斜拉桥主体结构的影响和传播特性,研究主梁随机制造误差对斜拉桥结构的不利影响。结果表明:施工过程中和成桥时的主梁线形会因为主梁在制造时微小的几何随机误差而发生改变,梁长随机误差对成桥线形的影响并不明显,相邻梁段间的随机转角误差对成桥线形影响相对较大,随机制造误差引起的成桥线形误差过大时,通过安装索力的优化调整可有效降低成桥线形误差。     

正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态索力中的应用

以仓安路斜拉桥施工过程为研究背景,采用有限元分析软件ANSYS,实现了斜拉桥施工过程的模拟计算。研究以约束正装迭代法进行施工过程中索力优化与合理施工状态确定的问题,建立各次张拉索力值与成桥状态控制参数之间的关系矩阵,以最小二乘法原理对施工中张拉索力值进行修正,通过迭代消除不闭合问题,从而可使施工索力得到优化,达到预先设定的成桥内力。实例证明,正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态的索力应用上,具有应用简单,误差较小的优点,效果较好。     

基于索长迭代法的斜拉桥合理施工阶段索力研究

为解决钢绞线斜拉索无应力长度缺失带来的施工控制难题,提高大跨度斜拉桥施工控制的高效性,将单根索内钢绞线视为整体,基于无应力状态基本原理,根据拉索张拉前结构状态与拉索目标无应力长度,提出了求解斜拉桥合理施工阶段索力的索长迭代法,并基于北盘江大桥实际施工流程,分别采用索长迭代法和索力控制法进行了正装分析。结果表明:在实际施工流程计算中,索长迭代法可很好地自适应施工工序和临时荷载的改变,通过索长迭代法得到的标高、索力与目标状态的最大差值分别为20. 3 mm、25. 2 kN,状态差值均较小且随着悬臂长度的增加状态差值最终都得以收敛;而采用索力控制时,成桥状态的偏差均较大,与目标线形、索力的最大差值达到了523. 9 mm、380. 7 kN,体现了索长迭代的实用性、优越性     

确定钢桁梁斜拉桥合理施工阶段索力的索长迭代法

为解决斜拉索无应力长度缺失带来的施工控制精度问题,实现大跨度钢桁梁斜拉桥施工控制的精细化、高效化,丰富合理施工阶段索力的计算方法,基于斜拉索的无应力长度表达式,根据张拉前的结构实际状态与斜拉索目标无应力长度,提出了求解钢桁梁斜拉桥合理施工阶段索力的索长迭代法,给出了迭代计算流程。基于北盘江大桥设计施工流程,分别采用正装迭代法和索长迭代法进行了正装分析。结果表明:在设计施工流程的计算中,当目标成桥状态及杆件无应力构形相同时,索长迭代与正装迭代得出的二张力基本相同,其最大差值仅为该索索力的0.14%,且两者得到的成桥状态十分接近,均能达到预定的目标成桥状态,其中索长迭代得到的标高、索力与目标状态的最大差值分别为3mm、8.9kN,验证了索长迭代法的可行性。     

基于无应力正装迭代法的大跨混凝土斜拉桥合理施工状态分析

大跨混凝土斜拉桥收缩徐变效应显著,单一计算方法很难完美确定其合理施工状态。目前确定斜拉桥合理施工状态的常见计算方法有前进分析法、倒退分析法、正装迭代法、倒拆—正装交互迭代法、无应力状态法等。以一座主跨300 m的大跨混凝土斜拉桥为依托,建立Midas三维空间有限元模型,基于无应力状态法与正装迭代相结合的计算方法,确定其合理施工状态,获取考虑收缩徐变效应后无应力正装迭代收敛本质及相关迭代规律。主要结论表明:考虑混凝土材料收缩、徐变效应后,构件无应力状态量会随施工过程发生变化,收缩徐变对结构线形影响实质是对结构构件无应力状态量的影响,导致最终成桥状态与目标状态不闭合;调整无应力状态量进行正装迭代分析可实现闭合;基于无应正装迭代法,大跨混凝土斜拉桥索力、线形与设计值能够闭合,内力与设计值接近。     

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。     

某独塔双索面斜拉桥的合理成桥状态研究及施工阶段分析

为了研究江西省某独塔双索面斜拉桥的合理成桥状态,首先利用有限元软件MIDAS/CIVIL建立有限元模型,然后分别利用最小弯曲能量法、弯矩最小法和影响矩阵法对该桥的最终成桥状态进行了计算。基于得到的合理成桥状态提出了该斜拉桥的施工方法和施工顺序。最后利用正装迭代法进行了分析,结果表明该计算得到的合理施工状态索力均小于桥梁设计索力,误差均在3%以内,合理成桥状态的索力与设计索力分布规律基本一致,且合理成桥状态对应的桥梁线形最大挠度为21. 87 mm,满足规范要求。     

无应力长度参数正装迭代法工程应用

以滨海大道南台头闸桥为工程背景,利用有限元分析软件Midas模拟斜拉桥正装施工过程。通过建立每根拉索与成桥状态参数(索力、位移、内力)之间的影响矩阵,分析施工过程中索力优化问题,采用无应力长度参数正装迭代法,利用最小二乘法修正各斜拉索的无应力长度,结合迭代分析,解决结构不闭合问题,直到满足工程要求,达到合理的成桥状态。实例证明:基于无应力长度正装迭代法可以方便地解决斜拉桥施工正装分析的不闭合问题。     

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。     

复杂空间多段索异形塔斜拉桥施工阶段索力计算

复杂空间多段索异形塔斜拉桥的造型奇特、结构复杂,由于空间多段索的相互影响,施工阶段索力求解一直是该类桥梁设计施工的重难点,为了解决该问题,以随州市 水一桥的主桥为工程背景,结合基于差值法的正装迭代法,应用MIDAS Civil有限元分析软件,建立全桥施工阶段模型并计算分析。结果表明,运用基于差值法的正装迭代法计算的成桥索力值与设计索力值最大误差值为0.3%符合计算精度要求,且张拉过程中索力值均在设计范围内。     

无应力状态法在钢绞线斜拉索施工中的应用

针对平行钢绞线斜拉索施工过程中的索力控制问题,提出采用无应力状态法理论确定单根斜拉索中每根钢绞线挂设初张力的方法.基于无应力状态法理论与悬链线索元理论建立斜拉索无应力索长与张拉力的关系式,以各次钢绞线挂设完成为平衡状态进行力学分析,建立求解单根钢绞线张拉力的非线性方程组,采用MATLAB编程,运用最速下降法迭代得到非线性方程组的数值解.以武汉某大桥正桥为例,对其中跨22号斜拉索中单根钢绞线张拉力进行求解,结果表明所推导的方法是准确和有效的.     

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。     

基于索力和振动特性监测的多跨空间异型刚梁柔拱组合桥梁安全韧性分析

对多跨空间异型刚梁柔拱组合体系无推力拱桥进行有限元建模分析,基于振动法对吊杆索力进行检测,通过理论索力与实测索力的对比,分析该类复杂结构桥梁索力的受力规律。同时,基于历年桥梁索力检测结果,研究索力随外部荷载改变时的变化特征,对桥梁索力在长期运营状态下的健康状态进行安全韧性分析。通过测试桥梁的自振特性,分析桥梁结构整体性能,为评价桥梁工作状况提供依据。     

无索鞍预偏施工悬索桥的主缆施工控制计算

针对采用无索鞍预偏施工设计的悬索桥施工控制中主缆空缆状态、空缆标高等控制参数的计算问题,使用有限元程序ANSYS全桥统一建模,从link10单元初应变调整和单元生死功能入手,寻找结构的成桥内力状态,并从成桥状态出发,倒退至结构空缆,对应无索鞍预偏施工方法的空缆状态定义,调整结构受力,最终得到空缆状态的结构线形及内力参数。实例验证表明,该方法有效地解决了无索鞍预偏施工控制中主缆线形的计算问题。     

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。     

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。     

刚性索悬索桥主缆张拉施工控制方法

为掌握刚性索悬索桥施工过程中桥梁真实的应力和线形状态,针对刚性索悬索桥的主缆在塔上张拉,其索力形成机理为主动受力的特点,研究计入主缆外包钢套筒、吊杆外包钢套筒作用的主缆张拉有限元法,并采用该方法对无应力索长控制法、张拉力控制法、塔顶有效索力控制法和跨中有效索力控制法4种主缆张拉控制应力方法确定的成桥状态进行比较。结果表明:无应力索长法与张拉力控制法的索力差距十分微小、主缆的存余有效索力与常规悬索桥模型的较为接近、成桥状态的变形最小,较利于结合构件安装线形的调整控制成桥线形。经有限元模拟和张拉控制应力修正,对某刚性索悬索桥进行了施工控制,结果表明实桥测试数据与理论计算符合良好。