CN105568864A - 确定斜拉桥合理施工索力的综合算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，所述算法包括如下步骤：首先计算斜拉索初次张拉最小限值，通过初拟索力值正装计算得到成桥状态，并提取索力影响矩阵，通过影响矩阵，调整张拉力值，使成桥状态索力值和设计成桥索力吻合，分别检验成桥状态下和施工过程中结构受力性能是否满足规范要求。本发明克服了确定合理施工索力单一方法的局限性，综合了正装迭代法和影响矩阵法的优点，考虑了施工过程中主梁收缩徐变和非线性对结构的影响，同时利用影响矩阵法，大大减少了正装迭代的次数，节省大量的时间，而且与合理成桥索力值更加接近；同时施工阶段发生变化时也能较快的将成桥索力调整成为设计成桥索力值。

Description

确定斜拉桥合理施工索力的综合算法

技术领域

本发明涉及一种确定斜拉桥合理施工索力的方法。

背景技术

斜拉桥又称斜张桥，是将梁体用许多斜拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的桥塔、受拉的斜拉索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。斜拉桥可看做是斜拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁，其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻结构重量，节省材料。由于斜拉索的可调性，使得斜拉索的设计计算算法与一般桥型不同，斜拉桥可以通过对斜拉索索力的调整，改变结构内力分布，因此斜拉索索力对结构的应力和变形起着决定性的作用。斜拉桥成桥状态的索力进行确定后，实际施工也需要对施工过程中的索力进行优化和确定，使得施工完毕后的索力值与设计成桥状态索力值相一致。

目前对斜拉桥的合理施工索力的研究，归纳起来可分为四大类：倒拆法、正装-倒拆迭代法、正装迭代法和无应力状态控制法。其中，倒拆法计算复杂，由于受到混凝土收缩徐变及几何非线性等因素的影响，存在状态和计算不闭合现象，正装完成后的结构其结果与设计值存在偏差。正装-倒拆迭代法和正装迭代法虽能消除由于混凝土收缩徐变及非线性等引起的不闭合现象，但是迭代次数较多，需要处理多组数据，耗费大量时间。无应力状态控制法最晚提出，使用还不成熟。

发明内容

为了克服确定合理施工索力单一方法的局限性，本发明提出了一种确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，通过正装迭代法和影响矩阵法的综合算法来确定斜拉桥的合理施工索力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，包括如下步骤：

一、计算斜拉索初次张拉索力最小限值，具体实施依据公式(1)-(4)；

二、参照步骤一计算得到的初次张拉索力最小限值，拟定大于最小限值的初始张拉索力值，利用正装迭代法，正装计算得到成桥状态，并提取索力影响矩阵；

三、通过索力影响矩阵，调整张拉索力值，使成桥状态斜拉索索力值和设计成桥索力值吻合，具体实施依据公式(5)-(8)；

四、检验成桥状态下结构受力性能是否满足规范要求，如果满足要求，则执行步骤五，如果不满足要求，则调整张拉索力值，执行步骤二；

五、检验施工过程中结构受力性能是否满足规范要求，如果满足要求，则步骤三中确定的张拉索力值即为斜拉索最终张拉索力值，如果不满足要求，则调整施工顺序，执行步骤一。

本发明具有如下优点：

1、本发明将正装迭代法和影响矩阵法两种方法结合，确定出适用于斜拉桥合理施工索力的综合算法。

2、本发明克服了确定合理施工索力单一方法的局限性，综合了正装迭代法和影响矩阵法的优点，考虑了施工过程中主梁收缩徐变和非线性对结构的影响，同时利用影响矩阵法，大大减少了正装迭代的次数，节省大量的时间，而且与合理成桥索力值更加接近；同时施工阶段发生变化时也能较快的将成桥索力调整成为设计成桥索力值。

附图说明

图1为本发明确定斜拉桥合理施工索力的综合算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供的确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，包括如下步骤：首先计算斜拉索初次张拉最小限值，通过初拟索力值正装计算得到成桥状态，并提取索力影响矩阵，通过影响矩阵，调整张拉力值，使成桥状态索力值和设计成桥索力吻合，分别检验成桥状态下和施工过程中结构受力性能是否满足规范要求。如图1所示，具体操作步骤如下：

张拉索力最小限值计算过程如下：

设f为斜拉索跨中垂度，l为斜拉索在水平方向的投影，l_c为斜拉索塔梁锚固点之间的直线段长度，s_c为斜拉索的下料长度，几者的关系可表示为：

$f=l_c\sqrt{\frac{3}{8}(\frac{s_c}{l_c}-1)}---\left(1\right).$

斜拉索受力平衡得：

$V_{1}x+q\frac{x}{\cos a}\·\frac{x}{2}=Hy---\left(2\right).$

其中：ql_c＝G，H＝Tcosa。

T-斜拉索张拉索力值；

a-斜拉索与主梁之间夹角；

G-斜拉索重力；

q-斜拉索每延米重力；

x、y-控制截面距斜拉索与主梁交点的水平距离和垂直距离。

将代入可得：

$H=\frac{q\·l_c}{8f}---\left(3\right).$

此时相应牵引力为：

$T=H/\cos a=\frac{q\·l_c^2}{8f}---\left(4\right).$

设需要张拉拉索的总次数为m，需要控制的参数个数为n，选择理想成桥恒载索力[T₁]_m×1作为第一组张拉索力值，根据施工过程进行第一次正装计算得到成桥状态控制参数和目标值的差值闭合差：

[ΔB]_m×1＝[B₀]_m×1-[B₁]_m×1(5)。

[B₀]_m×1-正装计算得到控制参数计算值；

[B₁]_m×1-控制参数目标值；

[ΔB]_m×1-控制参数计算值与控制参数目标值的差值。

通过影响矩阵来进行斜拉索索力调整：

MinF(ΔT)＝||[A]_n×m[ΔT]_m×1-[ΔB]_n×1||²(6)。

其中，[ΔT]_m×1-正装计算得到的斜拉索索力与斜拉索目标索力的差值；

[A]_n×m-索力影响矩阵；

[ΔB]_n×1-控制参数计算值与控制参数目标值的差值。

也可考虑带加权系数矩阵的二次优化模型：

MinF(ΔT)＝||[ρ][A]_n×m[ΔT]_m×1-[ρ][ΔB]_n×1||²(7)。

[ρ]-加权系数矩阵；

斜拉索最终索力值：

[T₂]_m×1＝[T₁]_m×1+[ΔT]_m×1(8)。

[T₁]_m×1-斜拉索试算索力矩阵；

[ΔT]_m×1-斜拉索试算索力所得斜拉索索力值与设计斜拉索索力值的差值矩阵；

[T₂]_m×1-优化后斜拉索张拉索力矩阵。

Claims (5)

1.一种确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，其特征在于所述算法步骤如下：

一、计算斜拉索初次张拉索力最小限值；

二、参照步骤一计算得到的初次张拉索力最小限值，拟定大于最小限值的初始张拉索力值，利用正装迭代法，正装计算得到成桥状态，并提取索力影响矩阵；

三、通过索力影响矩阵，调整张拉索力值，使成桥状态斜拉索索力值和设计成桥索力值吻合；

四、检验成桥状态下结构受力性能是否满足规范要求，如果满足要求，则执行步骤五，如果不满足要求，则调整张拉索力值，执行步骤二；

五、检验施工过程中结构受力性能是否满足规范要求，如果满足要求，则步骤三中确定的张拉索力值即为斜拉索最终张拉索力值，如果不满足要求，则调整施工顺序，执行步骤一。

2.根据权利要求1所述的确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，其特征在于所述步骤一中，计算斜拉索初次张拉索力最小限值的方法如下：

设f为斜拉索跨中垂度，l为斜拉索在水平方向的投影，l_c为斜拉索塔梁锚固点之间的直线段长度，s_c为斜拉索的下料长度，几者的关系可表示为：

$f=l_c\sqrt{\frac{3}{8}(\frac{s_c}{l_c}-1)};$

斜拉索受力平衡得：

$V_{1}x+q\frac{x}{\cos a}\·\frac{x}{2}=Hy,$

其中： $V_1=T\·\sin a-\frac{G}{2},$ ql_c＝G，H＝Tcosa；

T-斜拉索张拉索力值；

a-斜拉索与主梁之间夹角；

G-斜拉索重力；

q-斜拉索每延米重力；

x、y-控制截面距斜拉索与主梁交点的水平距离和垂直距离；

将代入可得：

$H=\frac{q\·l_c}{8f};$

此时相应斜拉索张拉索力值为：

$T=H/\cos a=\frac{q\·l_c^2}{8f}.$

3.根据权利要求1所述的确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，其特征在于所述步骤三中，设需要张拉拉索的总次数为m，需要控制的参数个数为n，选择理想成桥恒载索力[T₁]_m×1作为第一组张拉索力值，根据施工过程进行第一次正装计算得到成桥状态控制参数和目标值的差值闭合差：

[ΔB]_m×1＝[B₀]_m×1-[B₁]_m×1，

其中：[B₀]_m×1-正装计算得到控制参数计算值；

[B₁]_m×1-控制参数目标值；

[ΔB]_m×1-控制参数计算值与控制参数目标值的差值；

通过影响矩阵来进行斜拉索索力调整：

MinF(ΔT)＝||[A]_n×m[ΔT]_m×1-[ΔB]_n×1||²，

其中：[ΔT]_m×1-正装计算得到的斜拉索索力与斜拉索目标索力的差值；

[A]_n×m-索力影响矩阵；

[ΔB]_n×1-控制参数计算值与控制参数目标值的差值。

4.根据权利要求3所述的确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，其特征在于通过带加权系数矩阵的二次优化模型来进行斜拉索索力调整：

MinF(ΔT)＝||[ρ][A]_n×m[ΔT]_m×1-[ρ][ΔB]_n×1||²，

[ρ]-加权系数矩阵。

5.根据权利要求3所述的确定斜拉桥合理施工索力的综合算法，其特征在于所述斜拉索最终索力值的计算公式为：

[T₂]_m×1＝[T₁]_m×1+[ΔT]_m×1，

其中：[T₁]_m×1-斜拉索试算索力矩阵；

[ΔT]_m×1-斜拉索试算索力所得斜拉索索力值与设计斜拉索索力值的差值矩阵；

[T₂]_m×1-优化后斜拉索张拉索力矩阵。