CN106777501B - 吊索张拉计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊索张拉计算方法，根据现有吊索张拉模拟方法的局限性，将桁架单元索力张拉和无应力索长张拉相结合而得出的“临时吊杆”法。在结构离散时，吊索按桁架单元和索单元两种方法同时模拟，但不同时激活。当吊索张拉到某一索力时，通过激活桁架单元并施加初张力；当吊索需要张拉到位时，钝化该桁架单元，激活对应索单元即可。本方法中的桁架单元仅起“临时吊杆”作用，最终吊索张拉到位锚固时均按无应力索长予以实现。通过临时桁架单元和索单元结合，既充分利用了桁架单元索力张拉操作的方便性，同时张拉完成时通过索长张拉仅需将下料长度的吊索予以安装，不需求解张拉到位的具体索力值。

Description

吊索张拉计算方法

技术领域

本发明涉及一种吊索张拉计算方法。

背景技术

自锚式悬索桥施工多采用“先梁后缆”的施工顺序，然后通过吊索的安装实现体系转换，其中吊索张拉法是体系转换中最为常见的施工方法。

受经济，环境等诸多因素制约，自锚式悬索桥吊索不可能全部同时进行张拉，需要逐渐有序的分多个步骤完成。而张拉过程中主缆非线性关系突出，吊索索力相互影响，且全部吊索无法一次张拉到位，需要进行多次张拉才能实现整个体系转换过程，吊索张拉过程十分复杂。为使吊索张拉过程可控，施工前需对全过程进行数值模拟。目前，吊索张拉模拟方法有桁架单元“索力”张拉和无应力“索长”张拉两种计算方法。

方法一：桁架单元“索力”张拉法

按照有限元计算方法，首先将结构进行离散，吊索按桁架单元进行模拟。桁架单元“索力”张拉法即吊索的每步张拉通过桁架单元施加初张力予以实现。如图1所示，吊索①张拉到位时，此时索力为A1，模拟计算时激活该单元并赋予初张力A1或初应变εa1，同理，步骤二和步骤三吊索②、③张拉到位时，分别激活对应桁架单元并赋予初始值B1(εb1)和C1(εc1)即可，其它未张拉吊索索力将自动予以计算得出。本方法可较好的模拟吊索一次张拉到位整个过程。(A1(εa1),B1(εb1),C1(εc1)为已知，可通过到拆模型计算得出)

若吊索需要两次及两次以上才能张拉到位时，采用方法一张拉到某一固定索力仍容易实现，但当张拉到位时很难知道所张吊索的具体索力值。如图2所示，步骤一张拉吊索①到固定索力A1时，可通过上述方法赋予该吊索初值A1(εa1)，步骤二张拉吊索②到固定索力B1时也可较容易实现，但当步骤三需要将吊索①张拉到位时，则很难知道吊索①应张拉的索力值(因该状态吊索①、②索力均未知，到拆分析也无法求出任意一个索力值)，因此，桁架单元“索力”张拉法仅限于一次张拉到位，对需多次张拉时不适用。

方法二：无应力“索长”张拉法

按照有限元计算方法，该方法在结构离散时，吊索按索单元进行处理。无应力“索长”张拉法即利用索力与无应力索长的一一对应关系，将索力等代为无应力索长进行施加。如图3，步骤一吊索①张拉到位，模拟时激活对应无应力索长为a0的单元即可，同理，步骤二、三激活吊索②、吊索③无应力索长为b0和c0的单元，其它未张拉的吊索不进行操作。利用本方法可较容易的模拟1次张拉整个过程。(a0、b0、c0为吊索的下料长度，可直接由成桥状态计算得出)

如图4，若吊索需要两次及两次以上才能张拉到位时，按照无应力索长张拉法，当吊索张拉到索力A1时，激活吊索①的同时，赋予该吊索索力A1对应的初始无应力索长a1,步骤二采用相同方法赋予吊索②初始无应力索长b1，当步骤三吊索①张拉到位时，仅需将吊索①的初始无应力索长更改为其下料长度a0即可。该方法对两次及两次以上的张拉仍然有效。但在实际应用中，由于主缆非线性较为突出，若要找到步骤一索力A1和步骤二索力B1中对应的无应力索长a1和b1并非容易，需要进行反复迭代计算方能找到一个较为接近的无应力索长值，操作难度大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种吊索张拉计算方法，该方法整个计算原理清晰，操作简单，计算结果准确，不需反算无应力索长，减少了工作量。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种吊索张拉计算方法，步骤一：对全桥结构进行离散，其中吊索按桁架单元(La，Lb......)和索单元(Sa，Sb.....)同时模拟；

步骤二：按施工步骤完成对索塔、主梁及主缆施工的模拟，为吊索张拉作准备；

步骤三：张拉1号索到索力A1时，激活临时桁架单元La，并施加初张力荷载A1(或初应变εa1)；

步骤四：张拉2号索到索力B1时，采用相同方法激活临时桁架单元Lb，并对此施加初张力荷载B1(或初应变εb1)；

步骤五：

若需再次对1号索张拉到索力A2时，直接对桁架单元La施加初张力荷载A2(或初应变εa2)；

若需将1号吊索张拉到位，则钝化该临时桁架单元La，激活1号索单元Sa；

步骤六：按步骤一至步骤五完成其余吊索的张拉模拟，吊索张拉完成后，所有的临时桁架单元均被实际的吊索单元所替换。

本发明的有益效果：

根据现有两种吊索张拉模拟方法的局限性，将桁架单元“索力”张拉和无应力索长张拉相结合，发明了“临时吊杆”法。在结构离散时，吊索按桁架单元和索单元(下料索长)两种方法同时模拟，但不同时激活。当吊索张拉到某一索力(未张拉到位)时，通过激活桁架单元并施加初张力；当吊索需要张拉到位时，钝化该桁架单元，激活对应索单元(下料长度)即可。该方法桁架单元仅起着“临时吊杆”的作用，最终吊索张拉到位锚固时均按无应力索长予以实现。通过临时桁架单元和索单元的结合，既充分利用了桁架单元索力张拉操作的方便性，避免了方法二中需要反复迭代求解索长值带来的繁琐问题，同时张拉完成时通过索长张拉仅需将下料长度的吊索予以安装，不需求解张拉到位的具体索力值。

附图说明

图1为现有技术中的桁架单元“索力”张拉法-吊索1次张拉到位；

图2为现有技术中的桁架单元“索力”张拉法-吊索多次张拉到位；

图3为现有技术中的无应力“索长”张拉法-吊索1次张拉到位；

图4为现有技术中的无应力“索长”张拉法-吊索多次张拉到位；

图5为本发明的临时吊杆法；

图6为本发明应用于某航道桥的桥型布置图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图，本发明提供一种技术方案：一种吊索张拉计算方法。

步骤一：对全桥结构进行离散，其中吊索按桁架单元(La，Lb......)和索单元(Sa，Sb.....)同时模拟；

步骤二：按施工步骤完成对索塔、主梁及主缆施工的模拟，为吊索张拉作准备；

步骤三：张拉1号索到索力A1时，激活临时桁架单元La，并施加初张力荷载A1(或初应变εa1)；

步骤四：张拉2号索到索力B1时，采用相同方法激活临时桁架单元Lb，并对此施加初张力荷载B1(或初应变εb1)；

步骤五：

若需再次对1号索张拉到索力A2时，直接对桁架单元La施加初张力荷载A2(或初应变εa2)；

若需将1号吊索张拉到位，则钝化该临时桁架单元La，激活1号索单元Sa；

步骤六：按步骤一至步骤五完成其余吊索的张拉模拟，吊索张拉完成后，所有的临时桁架单元均被实际的吊索单元所替换。

下面以某航道桥的吊索施工为例来说明本发明的模拟方法，该航道桥桥型为主跨260m的四跨连续独塔自锚式钢箱梁悬索桥，跨径布置为80+190+260+80m，总长为610m，其桥型布置见图6。该桥采用四跨连续半漂浮体系，加劲梁为分离式双箱断面，两个封闭钢箱梁之间用横向连接箱连接。吊索设置于主跨及边跨，吊索名义水平间距为12m。边跨有12种不同编号的吊索，主跨有17种不同编号的吊索，每种编号实际有4根吊索，从一侧向另一侧侧依次编号为B1-B12，Z1-Z17。

结合吊索张拉的控制条件，笔者应用临时吊杆法设计了三套可行的张拉方案，并从安全、适用、经济等方面综合比选，最终推荐出最优方案，也是最后的实施方案，如表1所示。

表1 吊索张拉施工顺序表

从上表看出，“临时吊杆”法(即本发明的方法)适用于各种吊索张拉方案，不需反算无应力索长，大大节省了工作量，这也为吊索张拉方案设计的多样性创造了可能，且该方法思路清晰，易于掌握，张拉计算易操作性为现场的施工控制调整提供了众多方便。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种吊索张拉计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：对全桥结构进行离散，其中吊索按桁架单元和索单元同时模拟；

步骤二：按施工步骤完成对索塔、主梁及主缆施工的模拟，为吊索张拉作准备；

步骤三：张拉1号索到索力A1时，激活临时桁架单元La，并施加初张力荷载A1或初应变εa1；

步骤四：张拉2号索到索力B1时，采用相同方法激活临时桁架单元Lb，并对此施加初张力荷载B1或初应变εb1；

步骤五：

若需再次对1号索张拉到索力A2时，直接对桁架单元La施加初张力荷载A2或初应变εa2；

若需将1号吊索张拉到位，则钝化该临时桁架单元La，激活1号索单元Sa；

步骤六：按步骤一至步骤五完成其余吊索的张拉模拟，吊索张拉完成后，所有的临时桁架单元均被实际的吊索单元所替换。