混凝土斜拉桥索力优化与合理施工状态研究

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1、第41卷第2期人民长江Vo1．41，No．22010年1月YangtzeRiverJan．，2010文章编号：1001—4179(2010)02—0028—04混凝土斜拉桥索力优化与合理施工状态研究王新征，邢利英(南阳师范学院土木建筑工程学院，河南南阳473061)摘要：以石家庄市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。研究在施工过程中以约束正装迭代法进行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过程中张拉索力值进行修正，通过迭代消除不闭

2、合问题，从而可使施工索力得到优化，实现预先设定的成桥内力；并根据正装迭代过程中结构线形的变化，求出各个粱段在施工过程中合理的立模标高，从而为施工控制提供可靠的科学依据。关键词：合理施工状态；正装迭代法；索力；斜拉桥中图法分类号：U448．27文献标志码：A斜拉桥属高次超静定结构，在施工过程中，由于斜可以为斜拉桥施工控制提供依据，同时，正装计算能考拉桥结构体系和荷载状态不断的变化，结构内力和线虑一些与斜拉桥结构形成有关的影响因素，如结构的形也随之不断发生变化。斜拉桥的设计计算不仅要进几何非线性和混凝土的收缩、徐变以及温度效应。本行成桥状态的理论计算，而且必须

3、模拟现场施工过程，文采用正装法对斜拉桥的施工过程进行模拟分析。以便对斜拉桥的每一施工阶段进行详尽的分析和验1．1施工索力的确定算，求得斜拉桥各施工阶段斜拉索索力、主梁挠度、塔在计算斜拉桥索力时，设需要张拉的拉索总次数柱位移和截面内力及应力等施工控制参数的理论值，为n，需要控制的参数为m，首先选定一组张拉索力对施工的顺序作出明确的规定，并在施工过程中加以{}，一般可以将成桥恒载索力作为{}，按照拟有效管理和控制。定好的施工顺序正装计算至成桥，得到成桥状态的控1斜拉桥施工过程模拟分析方法制参数值{F}，控制参数包括成桥状态下的索力、主梁和塔控制截面的弯距、桥墩

4、反力等。在正装计算目前斜拉桥施工控制常用的结构分析方法主要有过程中，张拉每根索时，可获得该索(设为_『号索)张拉倒装法和正装法两种¨。倒装法即根据既定的成桥单位力时对控制参数i的增量r，(索力影响系数)，而状态，按已拟定施工过程的逆过程，通过拆除支座、荷通过优化方法已确定的目标最优成桥状态为载、单元等模拟计算，对结构进行虚拟倒拆并逐阶段分{F。}，这样就会出现成桥状态控制目标的差值为：析，确定各施工阶段的张拉索力和标高。但在倒拆分析过程中，存在以下不足：①难以计及混凝土收缩、徐{△F}={}一{F}，张拉索力的调整量为{t}，则变的影响，因为收缩、徐变是不

5、可逆的；②拆除合拢段有：或支座时，有不平衡杆端力或反力。正装分析法按{t}={△F}(1)照斜拉桥结构的实际加载顺序进行结构变形和受力分一般来说，控制参数个数多于需要张拉的斜拉索析，这种方法能够较好地模拟斜拉桥的实际施工过次数时，可以采用最小二乘法进行求解。即求索的调程，得到斜拉桥在各个施工阶段的位移和受力状态。整量{t}，使得，()=r{t}一{△F}=min成立。分析结果不仅可用来指导斜拉桥的设计和施工，而且根据极值原理，有：收稿日期：2009—06—20作者简介：王新征，男，讲师，硕士，主要从事土木工程教学与研究工作。E—mail：wxz791023

6、@126．tom第2期王新征，等：混凝土斜拉桥索力优化与合理施工状态研究29r。r{t}=t‘{△F}(2)beam4单元来模拟联系主梁和斜拉索的刚性横梁单由式(2)可以解出{F}，则新的张拉索力为：元，建立结构计算的“脊骨梁”模型。模型由110个主{}={}+{△F}(3)梁单元，40个塔柱单元，36个拉索单元及索塔上下横按{}再进行正装计算，得到新的成桥状态控梁、刚性横梁、边跨支墩单元等共230个单元组成。悬制参数{F}及其差值{b}，同时也获得了新的索力影臂施工各个工况采用单元生死的方法进行模拟，斜拉响系数r则下一轮张拉索力为：索初始张拉力以初应变的

7、形式施加。支座处理及现浇{}={}+{△F}(4)段主梁与支架间的关系根据实际情况采用节点耦合技重复以上的过程，直到收敛为止。术或弹簧单元。1．2立模标高的确定当斜拉索初拉力确定后，经过正装计算可得到主梁施工立模标高。设正装计算最后一个阶段主梁各施工梁段控制点的累计位移为-厂，而各梁段控制点成桥设计标高为日，则在悬臂浇注过程中各梁段控制点立模标高为：9876543H=H一／(5)由于设计标高一般指成桥后3a、变形基本稳定时的标高，在这期间因混凝土收缩、徐变以及预应力筋的3222111松弛等，跨中标高一般有所下降，因此应预估出这期间图2斜拉桥计算模型⋯㈨⋯结

8、构的变形，并在确定成桥标高时考虑这部分的预抛2．2．2合理成桥状态