一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥施工技术领域，具体涉及一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法。

背景技术

目前在实际斜拉桥拉索张拉施工中，通常采用多次张拉法，最终得到索力期望值。但这种方法张拉过程复杂、可能需要反复调节索力、且要求技术人员经验丰富等问题，较难被桥梁工程技术人员所掌握和运用。此外，在斜拉索张拉过程中，多次张拉法较难考虑施工过程中温度场对索力的影响，导致实际张拉结果与索力期望值相差很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度，张拉结果更加接近期望状态。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，包括以下步骤：

步骤10、建立待建斜拉桥的有限元模型；所述有限元模型包括n根主梁节段M

步骤20、根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，依次计算得到每个主梁节段的挠度参数和索力参数；

所述挠度参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对各端点的挠度影响系数；

所述索力参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各斜拉索的第一索力变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各斜拉索的第二索力变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的其它斜拉索的第三索力变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对其它斜拉索的索力影响系数；

步骤30、根据成桥后期望状态，结合所述挠度参数和索力参数，求解得到n+1根斜拉索的索力目标值；

步骤40、采用对称悬臂拼装法进行施工，施工过程中每安装一根斜拉索，将所述斜拉索的索力调节至所述斜拉索的索力目标值。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10具体包括：

参照待建斜拉桥的桥梁尺寸，使用有限元分析软件，采用对称悬臂拼装法建立待建斜拉桥的有限元模型。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到拼装主梁节段M

引起的各斜拉索的第二索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M

在所述有限元模型上施加主梁节段M

引起的各斜拉索的第一索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到张拉主梁节段M

引起的其它斜拉索的第三索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M

在所述有限元模型中对主梁节段M

对其它斜拉索的索力影响系数分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤30具体包括：

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，得到挠度方程组，求解挠度方程组得到斜拉索的索力目标值X

如果成桥后期望状态为各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到索力方程组，求解索力方程组得到斜拉索的索力目标值X

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值且各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到挠度-索力方程组，求解挠度-索力方程组得到斜拉索的索力目标值X

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤40具体包括：

将主梁节段M

在主梁桥段M

在主梁桥段M

在主梁节段M

依此拼装，直至在主梁节段M

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度，张拉结果更加接近期望状态。本发明实施例方法，通过建立斜拉桥的有限元模型，在有限元模型基础上，求解得到得到每个斜拉索的索力目标值，并采用悬臂拼装法进行拼装，拼装过程中张拉斜拉索时直接调节至求得的索力目标值，不用关注该斜拉索张拉对其他斜拉索的索力以及各锚固点挠度的影响，无需反复多次张拉即可达到成桥后期望状态，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度。求解索力目标值时充分考虑了塔梁固结体系斜拉桥在悬臂拼装施工时，每个施工工序中各个梁体节段自重、各个梁体节段安装时的温度场以及各个斜拉索张拉时的温度场对张拉结果的影响，得到的索力目标值更接近桥梁线形和索力期望值，使得张拉结果更加准确，符合期望状态。求解索力目标值的方法简单，计算时间短。

附图说明

图1为具体实施例中斜拉桥的结构示意图；

图2为具体实施例中斜拉桥成桥后的位移变形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，包括以下步骤：

步骤10、建立待建斜拉桥的有限元模型；所述有限元模型包括n根主梁节段M

步骤20、根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，依次计算得到每个主梁节段的挠度参数和索力参数；

所述挠度参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对各端点的挠度影响系数；

所述索力参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各斜拉索的第一索力变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各斜拉索的第二索力变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的其它斜拉索的第三索力变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对其它斜拉索的索力影响系数；

步骤30、根据成桥后期望状态，结合所述挠度参数和索力参数，求解得到n+1根斜拉索的索力目标值；

步骤40、采用对称悬臂拼装法进行施工，施工过程中每安装一根斜拉索，将所述斜拉索的索力调节至所述斜拉索的索力目标值。

现有的施工方法在斜拉桥成桥后调节索力大小，调节某一根斜拉索的索力会影响其他斜拉索索力的大小，导致全桥的受力状态都发生改变。本发明实施例方法，通过建立斜拉桥的有限元模型，在有限元模型基础上，求解得到得到每个斜拉索的索力目标值，并采用悬臂拼装法进行拼装，拼装过程中张拉斜拉索时直接调节至求得的索力目标值，不用关注该斜拉索张拉对其他斜拉索的索力以及各锚固点挠度的影响，无需反复多次张拉即可达到成桥后期望状态，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度。本发明实施例方法求解索力目标值时，充分考虑了塔梁固结体系斜拉桥在悬臂拼装施工时，每一根斜拉索张拉对之前已经张拉的斜拉索的索力的影响、主梁自重以及温度对斜拉索索力的影响，得到的索力目标值更接近桥梁线形和索力期望值，采用对称悬臂拼装方法进行施工，得到的张拉结果更加准确，更加接近期望状态。求解索力目标值的方法简单，计算时间短。

本发明实施例方法中，步骤10具体包括：

参照待建斜拉桥的桥梁尺寸，使用有限元分析软件，例如MIDAS软件，采用对称悬臂拼装法建立待建斜拉桥的有限元模型。

采用对称悬臂拼装法，即首先安装主梁节段M

本发明实施例方法中，步骤20具体包括：

(1)计算得到拼装主梁节段M

在有限元模型上施加主梁节段M

采用温度场全寿命预测方法，预测得到主梁节段M

在模型结构温度为T

采用温度场全寿命预测方法，预测得到主梁节段M

在模型结构整体温度为T

(2)计算得到拼装主梁节段M

根据有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到拼装主梁节段M

引起的各斜拉索的第一索力变化量分别为：

在有限元模型上施加主梁节段M

引起的各斜拉索的第二索力变化量分别为：

采用温度场全寿命模拟方法，预测得到张拉主梁节段M

引起的其它斜拉索的第三索力变化量分别为：

在有限元模型中对主梁节段M

对前2根斜拉索的索力影响系数分别为：

(3)依此计算，直到计算得到拼装主梁节段M

本发明实施例方法的步骤20中，温度场全寿命预测方法为丁幼亮、王高新等发表的《基于现场监测数据的润扬大桥的斜拉桥钢箱梁温度场全寿命模拟方法》公开的方法。

本发明实施例方法考虑了每一根斜拉索张拉对之前已经张拉的斜拉索的索力的影响、每一根主梁节段的自重以及温度变化对斜拉索索力的影响，得到的斜拉索的索力目标值更接近于索力期望值，按照本发明实施例方法进行施工，施工完成后的成桥状态能达到设计的成桥期望状态。在实际工程中斜拉桥主梁上各点的温度是不同的，无法准确计算。而《基于现场监测数据的润扬大桥的斜拉桥钢箱梁温度场全寿命模拟方法》公开的方法，模拟生成的扁平钢箱梁横截面温度场的统分布特性以及日变化和年变化规律与实测结果吻合较好，用于斜拉桥钢箱梁的全寿命温度效应分析。本发明实施例方法使用该方法预测温度，用于分析得到温度对斜拉索索力的影响，从而得到的斜拉索目标索力也与真实较为接近，使得张拉结果更加接近于期望状态。

本发明实施例方法中，步骤30具体包括：

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值为期望挠度值H

利用消元法求解上述挠度方程组，得到斜拉索的索力目标值X

如果成桥后期望状态为各斜拉索的索力值为期望索力值C，结合期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到索力方程组，如下：

利用消元法求解上述索力方程组，得到斜拉索的索力目标值X

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值为期望挠度值H

利用多元线性回归方法求解上述挠度-索力方程组，得到斜拉索的索力目标值X

本发明实施例方法中，步骤40具体包括：

将主梁节段M

在主梁桥段M

在主梁桥段M

在主梁节段M

依次拼装，直至在主梁节段M

下面以独塔单索面斜拉桥为例，采用本发明实施例施工方法进行施工，该斜拉桥主梁共分为三个节段。

(1)参照实际施工情况，用MIDAS软件建立斜拉桥的有限元模型，在拼装节段过程时，采用对称悬臂拼装法，即首先安装主梁节段M

(2)在上述有限元模型上施加主梁节段M

基于温度场全寿命预测方法，得到主梁节段M

在结构温度为T

主梁节段M

在结构整体温度为T

依此，得到拼装主梁节段M

得到拼装主梁节段M

(3)成桥后期望状态为各端点的期望挠度值分别为H

利用消元法求解出各斜拉索的索力目标值：

X

(4)在MIDAS软件中，模拟实际施工过程，先进行桥塔和主梁节段M

如图2所示，成桥后各端点的挠度分别为H

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。