CN108118606A - 一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法 - Google Patents
一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,涉及桥梁建造领域,包括:纵向位移计算步骤:进行成桥计算,根据指定成桥线型进行成桥索力优化,得到主塔处活动支座的纵向位移量Δ;合龙段杆件尺寸计算步骤;成桥计算步骤:根据最新的合龙段杆件尺寸进行成桥计算;判断步骤。本发明能够有效减少桥梁设计周期。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁建造领域,具体涉及一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法。
背景技术
目前,钢桁梁作为一种跨越能力非常强的桥梁结构,在桥梁钢结构中占有重要地位,且使用极为广泛,半个世纪以来,国内已经修建了数百座大型钢桁梁桥,特别是大跨度钢桁梁斜拉桥的发展尤为迅速,如主桥主跨为1092m的沪通长江大桥。
但对于钢桁梁斜拉桥结构,在设计计算分析阶段,设计者通常需要进行大悬臂调索、安装合龙杆件单元、二恒荷载施加及成桥调索的分阶段安装逐步计算工作。大悬臂调索主要是通过调整索力的方式将合龙口两端调平,然后采用无应力安装方式安装合龙段杆件进行桥梁主梁结构的合龙,且同时确保成桥调索后桥梁结构满足设计要求,即满足合龙段杆件安全以及主塔处的活动支座沿桥梁纵向处于主塔处下横梁中心处,若不满足上述设计要求,且需要重新调整合龙口大小,并重新进行上述的逐阶段安装计算工作,费时费力,增加钢桁梁斜拉桥的设计周期。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,能够有效减少桥梁设计周期。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是,包括:
纵向位移计算步骤:进行成桥计算,根据指定成桥线型进行成桥索力优化,得到主塔处活动支座的纵向位移量Δ;
合龙段杆件尺寸计算步骤:合龙段杆件的上弦杆件的长度补偿量为Δ1,合龙段杆件的下弦杆件长度补偿量为Δ2,其中Δ1=Δ2=Δ3,合龙段杆件的斜杆补偿量为合龙段杆件的斜杆倾斜角度改变值Δθf=arctan(2l2/l1)-arctan[2l2/(l1+Δ)],则合龙段杆件尺寸改变值{Δl}={Δ1,Δ2,Δ3,Δθf},其中l1为合龙节间的理论中心线长度,l2为合龙节间的理论中心线高度,根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸;
成桥计算步骤:根据最新的合龙段杆件尺寸进行成桥计算;
判断步骤:判断当前活动支座纵向位移量是否为0,若为0,则结束,若不为0,则将当前活动支座纵向位移量和之前成桥计算后得到的所有活动支座纵向位移量相加,再次计算得到合龙段杆件尺寸改变值,再次得到合龙段杆件尺寸并进行成桥计算,依此类推,直至活动支座纵向位移为0。
在上述技术方案的基础上,所述合龙段杆件尺寸改变值依次包括上弦杆件长度补偿量、下弦杆件长度补偿量、斜杆补偿量和斜杆倾斜角度改变值。
在上述技术方案的基础上,根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸,具体的,将合龙段杆件尺寸改变值中,上弦杆件长度补偿量与合龙段杆件的上弦杆件长度相加,下弦杆件长度补偿量与合龙段杆件的下弦杆件长度相加,斜杆补偿量与合龙段杆件的斜杆长度相加,斜杆倾斜角度改变值与合龙段杆件的斜杆倾斜角度相加。
在上述技术方案的基础上,所述合龙段杆件的斜杆为两根,其中一根斜杆的一端连接上弦杆件的一端,另一端连接下弦杆件的中点,另一根斜杆的一端连接上弦杆件的另一端,另一端连接下弦杆件的中点。
在上述技术方案的基础上,所述合龙段杆件的斜杆倾斜角度为斜杆与上弦杆件或下弦杆件之间的夹角。
在上述技术方案的基础上,所述合龙段杆件尺寸改变值为无应力条件下合龙段杆件尺寸的改变值。
在上述技术方案的基础上,所述活动支座的沿桥向纵向位移量Δ为合龙段杆件压缩补偿量。
与现有技术相比,本发明的优点在于:将成桥计算得到的主塔处活动支座的沿桥向纵向位移量作为桥梁合龙节间的伸长值,推得合龙段杆件因无应力尺寸变化带来的制造偏差项,将合龙段杆件尺寸改变值施加于合龙段杆件上,进行计算分析,与通过大悬臂、合龙直至成桥的分阶段逐步安装方式所得到的成桥状态一致,且与现有钢桁梁斜拉桥分阶段成桥计算方式相比,无须进行大悬臂、合龙直至成桥的繁杂分阶段累加式分析计算,省去大悬臂调索这一耗时工序,有效提高了设计人员的工作效率。
附图说明
图1为钢桁梁斜拉桥的结构示意图;
图2为合龙段杆件的示意图;
图3为补偿压缩前后,结构成桥线形对比;
图4为补偿压缩前后,结构成桥纵向变形对比。
图中:1-成桥线型,2-合龙段杆件,3-上弦杆件,4-下弦杆件,5-斜杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示,本发明提供一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,实现合龙段杆件2的直接安装计算。本发明包括:
S1:纵向位移计算步骤:进行成桥计算,根据指定成桥线型1进行成桥索力优化,得到主塔处活动支座纵向位移量Δ,即活动支座沿桥向的纵向位移量,此位移量Δ即为合龙段杆件2压缩补偿量,即合龙段钢桁梁的压缩补偿量。
S2:合龙段杆件尺寸计算步骤:合龙段杆件2的上弦杆件3的长度补偿量为Δ1,合龙段杆件2的下弦杆件4长度补偿量为Δ2,其中Δ1=Δ2=Δ3,合龙段杆件2的斜杆5补偿量为合龙段杆件2的斜杆5倾斜角度改变值θf=arctan(2l2/l1)-arctan[2l2/(l1+Δ)]则合龙段杆件尺寸改变值{Δl}={Δ1,Δ1,Δ3,Δθf},其中l1为合龙节间的理论中心线长度,即桥梁设计时合龙段杆件2上弦杆件3和下弦杆件4的理论长度,l2为合龙节间的理论中心线高度,即设计时合龙段杆件2的上弦杆件3和下弦杆件4之间的理论垂直高度。此时上弦杆件3的实际长度为l1+Δ,斜杆5的实际长度为根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸。
合龙段杆件尺寸改变值依次包括上弦杆件3长度补偿量、下弦杆件4长度补偿量、斜杆5补偿量和斜杆5倾斜角度改变值,且合龙段杆件尺寸改变值为无应力条件下合龙段杆件2尺寸的改变值。若实际合龙段杆件2制造几何尺寸与理论计算尺寸不一致,会造成其结构内力、线形的变化,故为获得结构的真实状态,这里引入合龙段杆件尺寸改变值。
根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸,具体的,将合龙段杆件尺寸改变值中,上弦杆件3长度补偿量与合龙段杆件2的上弦杆件3长度相加,下弦杆件4长度补偿量与合龙段杆件2的下弦杆件4长度相加,斜杆5补偿量与合龙段杆件2的斜杆5长度相加,斜杆5倾斜角度改变值与合龙段杆件2的斜杆5倾斜角度相加。
参见图2所示,合龙段杆件2的斜杆5为两根,其中一根斜杆5的一端连接上弦杆件3的一端,另一端连接下弦杆件4的中点,另一根斜杆5的一端连接上弦杆件3的另一端,另一端连接下弦杆件4的中点。合龙段杆件2的斜杆5倾斜角度为斜杆5与上弦杆件3或下弦杆件4之间的夹角。因合龙段杆件2的上弦杆件3和下弦杆件4的实际长度相较于合龙节间的理论长度发生了变化,增加了Δ,故斜杆5需要转动一定的角度才能与上弦杆件3和下弦杆件4无应力对接,故会存在斜杆5补偿量。
S3:成桥计算步骤:根据最新的合龙段杆件尺寸进行成桥计算;
S4:判断步骤:判断当前活动支座纵向位移量是否为0,若为0,则结束,若不为0,则将当前活动支座纵向位移量和之前成桥计算后得到的所有活动支座纵向位移量相加,再次计算得到合龙段杆件尺寸改变值,再次得到合龙段杆件尺寸并进行成桥计算,依此类推,直至活动支座纵向位移为0。
对于再次成桥计算后活动支座纵向位移量不为0的情况,将当前活动支座纵向位移量和之前成桥计算后得到的所有活动支座纵向位移量相加,得到一个总的活动支座纵向位移量,然后据此计算得到合龙段杆件尺寸改变值,然后和原始的合龙段杆件尺寸相加后,再次相应得到合龙段杆件尺寸并进行成桥计算,若成桥计算后还不为0,则再将此时得到的活动支座纵向位移量和之前成桥计算后得到的所有活动支座纵向位移量相加后得到一个活动支座纵向位移量,再次计算得到合龙段杆件尺寸改变值,并和原始的合龙段杆件尺寸相加,得到一个合龙段杆件尺寸,依此类推,重复计算相加,然后判断。正常情况下,一般重复一次便可使活动支座纵向位移量为0。后续的,按成桥指定线形微调索力,便可确定结构成桥状态,并进行相应移动荷载分析和附加力分析,获得结构各杆件内力,进行结构设计。
本发明的钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,将成桥计算得到的主塔处活动支座的沿桥向纵向位移量作为桥梁合龙节间的伸长值,以此放样得到合龙节段杆件各部分的长度、夹角的变化量,推得合龙段杆件2因无应力尺寸变化带来的制造偏差项,将合龙段杆件尺寸改变值施加于合龙段杆件2上,进行计算分析,与通过大悬臂、合龙直至成桥的分阶段逐步安装方式所得到的成桥状态一致,且与现有钢桁梁斜拉桥分阶段成桥计算方式相比,无须进行大悬臂、合龙直至成桥的繁杂分阶段累加式分析计算,特别是节省大悬臂调索这一耗时工序,有效提高了设计人员的工作效率,同时活动支座的沿桥向纵向位移量,即合龙段杆件2压缩补偿量的确定更加直接、精准、清晰。
以下结合一实例对本发明的钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法进行具体说明。
以荆岳铁路公安长江公铁两用特大斜拉桥为例,该桥具体孔跨布置为:98+182+518+182+98=1078m,标准节间长度,即钢桁梁上弦杆件3的长度l1=1400cm,桁高,即钢桁梁的高度l2=1300cm。
在有限元程序中,创建3个施工阶段进行结构设计计算。阶段1:结构一次成桥安装构件单元,施加全桥荷载;阶段2:对中跨合龙节间单元施加因压缩补偿量Δ所产生的构件单元无应力尺寸变化值{Δl};阶段3:按成桥指定线形进行合理状态优化调索。具体步骤为:
步骤一:首次计算不考虑钢桁梁杆件的压缩补偿量,即假定Δ=0。按照图1中主梁下弦的指定成桥线形,在阶段3中优化结构拉索索力确定成桥状态。从中得到3#墩活动支座处下弦的纵向位移为114mm,方向指向跨中。
步骤二:根据设计要求,须将活动支座的纵向位移调为0mm,故压缩补偿量Δ取114mm,合龙节间的上弦杆件3、下弦杆件4伸长量Δ为114mm,无应力尺寸改变值Δlx=114mm。斜杆5的实际长度为14791.9mm,原标准节间理论长度为14764.8,故斜杆5的无应力补偿量Δlf=27.1mm,无应力倾斜角度改变值Δθf=0.0034rad。依次可以确定出合龙节间的上弦杆件3、下弦杆件4、斜杆5相对于理论尺寸因压缩补偿量Δ造成的无应力合龙段杆件2尺寸变化值{Δl}={Δlx,Δlx,Δlf,Δθf}。
步骤三:在阶段2中通过有限元程序中梁单元制造偏差效应施加无应力合龙段杆件2尺寸变化值{Δl},并在阶段3中将首次计算优化的成桥索力值直接添加,运行计算分析后。确定的成桥线形与指定线形一致,如图3所示;确定的主梁纵向位移如图4所示。可以看出3#活动支座处主梁下弦总线位移为0mm,表明本技术是可靠的。
本发明不局限于上述实施方式,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于,包括:
纵向位移计算步骤:进行成桥计算,根据指定成桥线型(1)进行成桥索力优化,得到主塔处活动支座的纵向位移量Δ;
合龙段杆件尺寸计算步骤:合龙段杆件(2)的上弦杆件(3)的长度补偿量为Δ1,合龙段杆件(2)的下弦杆件(4)长度补偿量为Δ2,其中Δ1=Δ2=Δ3,合龙段杆件(2)的斜杆(5)补偿量为合龙段杆件(2)的斜杆(5)倾斜角度改变值Δθf=arctan(2l2/l1)-arctan[2l2/(l1+Δ)],则合龙段杆件尺寸改变值{Δl}={Δ1,Δ2,Δ3,Δθf},其中l1为合龙节间的理论中心线长度,l2为合龙节间的理论中心线高度,根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸;
成桥计算步骤:根据最新的合龙段杆件尺寸进行成桥计算;
判断步骤:判断当前活动支座纵向位移量是否为0,若为0,则结束,若不为0,则将当前活动支座纵向位移量和之前成桥计算后得到的所有活动支座纵向位移量相加,再次计算得到合龙段杆件尺寸改变值,再次得到合龙段杆件尺寸并进行成桥计算,依此类推,直至活动支座纵向位移为0。
2.如权利要求1所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:所述合龙段杆件尺寸改变值依次包括上弦杆件(3)长度补偿量、下弦杆件(4)长度补偿量、斜杆(5)补偿量和斜杆(5)倾斜角度改变值。
3.如权利要求2所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:根据合龙段杆件尺寸改变值得到新的合龙段杆件尺寸,具体的,将合龙段杆件尺寸改变值中,上弦杆件(3)长度补偿量与合龙段杆件(2)的上弦杆件(3)长度相加,下弦杆件(4)长度补偿量与合龙段杆件(2)的下弦杆件(4)长度相加,斜杆(5)补偿量与合龙段杆件(2)的斜杆(5)长度相加,斜杆(5)倾斜角度改变值与合龙段杆件(2)的斜杆(5)倾斜角度相加。
4.如权利要求1所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:所述合龙段杆件(2)的斜杆(5)为两根,其中一根斜杆(5)的一端连接上弦杆件(3)的一端,另一端连接下弦杆件(4)的中点,另一根斜杆(5)的一端连接上弦杆件(3)的另一端,另一端连接下弦杆件(4)的中点。
5.如权利要求4所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:所述合龙段杆件(2)的斜杆(5)倾斜角度为斜杆(5)与上弦杆件(3)或下弦杆件(4)之间的夹角。
6.如权利要求1所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:所述合龙段杆件尺寸改变值为无应力条件下合龙段杆件(2)尺寸的改变值。
7.如权利要求1所述的一种钢桁梁斜拉桥合龙杆件安装计算方法,其特征在于:所述活动支座的沿桥向纵向位移量Δ为合龙段杆件(2)压缩补偿量。
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