CN111008500A - 一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法 - Google Patents

一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，包括以下步骤：(1)建立斜拉桥有限元模型；(2)计算初张拉力{T0}对应应变并施加到模型，计算出斜拉索初始内力值{F0}；(3)计算单位影响荷载N作用下的影响矩阵[K]＝[K1，K2，…，Km]；(4)计算内力值{F0}与成桥索力值{F}的差值，得受调向量{D}＝(d1，d2，…，dm)T；(5)计算施调向量{X}＝{D}[K]‑1，并得各斜拉索初张拉力{T1}＝{T0}+{X}；(6)将最新各斜拉索初张拉力{T1}对应的应变再次加入模型得到各斜拉索内力值{F1}；(7)计算各斜拉索内力值{F1}与成桥索力值{F}两者的相对误差{δ}，取最大值δmax；(8)若δmax＞0.01％，则在斜拉索中施加调整后的斜拉索初张拉力{T1}，重复步骤(2)‑(7)，若δmax≤0.01％，则输出各斜拉索的最终初张拉力{T}。本发明能快速准确地确定斜拉索初张拉力，使斜拉索内力达到成桥状态下的索力值。

Description

一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，涉及到斜拉桥，具体涉及一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法。
背景技术
在斜拉桥的有限元分析模型中，常以初应变的形式施加斜拉索初张拉力，通常情况下，设计图纸中会给出斜拉索的成桥索力值，但由于各斜拉索之间在张拉过程中有相互影响以及斜拉索两端出现相对变形，若以成桥索力值换算而来的初应变作为斜拉索初张拉力的施加形式，这样得到的斜拉索内力值将与成桥索力存在误差。
因此本发明提供了一种确定斜拉桥斜拉索初张拉力的新方法(定义为影响矩阵法)，能快速准确地确定斜拉索初张拉力，可使斜拉索内力达到成桥状态下的索力值。
发明内容
本发明提供一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，该计算方法能快速准确地确定斜拉索初张拉力，进而使斜拉索内力达到成桥状态下的索力值。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，包括以下步骤：
(1)建立斜拉桥有限元模型，以斜拉桥各斜拉索的成桥索力{F}作为各斜拉索的初张拉力{T0}；
(2)根据斜拉索初张拉力{T0}与应变ε之间的关系：T0＝EAε，将步骤(1)中的各斜拉索的初张拉力{T0}代入式T0＝EAε中，得到各斜拉索的初应变ε，并将相应斜拉索的初应变ε施加到步骤(1)中有限元模型的相应斜拉索中，计算得出各斜拉索的初始内力值{F0}，其中，E为斜拉索弹性模量，A为斜拉索横截面面积；
(3)定义单位影响荷载N，则影响向量{Kj}为第j根斜拉索的初张拉力Tj0发生单位影响荷载N变化时引起的各斜拉索内力变化值，记为：{Kj}＝(kj1，kj2，…，kjm)T，其中m表示斜拉桥桥塔一侧的斜拉索有m根，而影响矩阵[K]为m个影响向量依次排列而成的矩阵，记为：[K]＝[K1，K2，…，Km]；
(4)计算步骤(2)中各斜拉索初始内力值{F0}与相应斜拉索的成桥索力值{F}的差值，得到各斜拉索的受调向量{D}＝(d1，d2，…，dm)T；
(5)定义施调向量{X}为斜拉桥桥塔一侧的m根斜拉索的初张拉力调整值，记为：{X}＝(x1，x2，…，xm)T，则{X}＝{D}[K]-1，进而最终对应成桥索力值的各斜拉索的初张拉力{T1}＝{T0}+{X}；
(6)将步骤(5)中得到的最新各斜拉索的初张拉力{T1}对应的应变ε再次施加到斜拉桥有限元模型的相应斜拉索中，进而得到调整后各斜拉索内力值{F1}；
(7)将步骤(6)中得到的调整后各斜拉索内力值{F1}与相应斜拉索成桥索力值{F}进行比较，计算两者的相对误差{δ}＝|{F}-{F1}|/{F}×100％，得到各斜拉索中的相对误差最大值δmax；
(8)设定判定条件：δmax≤0.01％，若步骤(7)中的δmax不满足该条件，则在斜拉桥有限元模型的各斜拉索中施加调整后的相应斜拉索初张拉力{T1}，重复步骤(2)-(7)，若步骤(7)中的δmax满足该条件，则输出各斜拉索的最终初张拉力{T}。
进一步地，步骤(2)中，将相应斜拉索的初应变ε施加到步骤(1)中有限元模型的相应斜拉索中后，在结构自重w1、二期恒载w2、预应力荷载w3作用下，考虑结构大变形及应力刚化效应，计算得出各斜拉索的初始内力值{F0}。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明公共的斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法属于影响矩阵法，采用本发明提出的影响矩阵法确定的各斜拉索的最终初张拉力，可使斜拉索内力达到成桥状态下的索力值，影响矩阵法概念清楚，能快速准确地确定斜拉索初张力，可为类似桥梁数值分析中计算斜拉索初张拉力提供一种新思路。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为实施例中某高速铁路大跨度独塔斜拉桥的结构示意图；
图3为斜拉桥简图。
附图说明：1、斜拉索，2、主梁，3、桥塔，4、桥墩。
具体实施方式
一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，包括以下步骤：
(1)建立斜拉桥有限元模型，以斜拉桥各斜拉索的成桥索力{F}作为各斜拉索的初张拉力{T0}；
(2)根据斜拉索初张拉力{T0}与应变ε之间的关系：T0＝EAε，将步骤(1)中的各斜拉索的初张拉力{T0}代入式T0＝EAε中，得到各斜拉索的初应变ε，并将相应斜拉索的初应变ε施加到步骤(1)中有限元模型的相应斜拉索中，在结构自重w1、二期恒载w2、预应力荷载w3作用下，考虑结构大变形及应力刚化效应，计算得出各斜拉索的初始内力值{F0}，其中，E为斜拉索弹性模量，A为斜拉索横截面面积；
(3)定义单位影响荷载N，则影响向量{Kj}为第j根斜拉索的初张拉力Tj0发生单位影响荷载N变化时引起的各斜拉索内力变化值，记为：{Kj}＝(kj1，kj2，…，kjm)T，其中m表示斜拉桥桥塔一侧的斜拉索有m根，而影响矩阵[K]为m个影响向量依次排列而成的矩阵，记为：[K]＝[K1，K2，…，Km]；
(4)计算步骤(2)中各斜拉索初始内力值{F0}与相应斜拉索的成桥索力值{F}的差值，得到各斜拉索的受调向量{D}＝(d1，d2，…，dm)T；
(5)定义施调向量{X}为斜拉桥桥塔一侧的m根斜拉索的初张拉力调整值，记为：{X}＝(x1，x2，…，xm)T，则{X}＝{D}[K]-1，进而最终对应成桥索力值的各斜拉索的初张拉力{T1}＝{T0}+{X}；
(6)将步骤(5)中得到的最新各斜拉索的初张拉力{T1}对应的应变ε再次施加到斜拉桥有限元模型的相应斜拉索中，进而得到调整后各斜拉索内力值{F1}；
(7)将步骤(6)中得到的调整后各斜拉索内力值{F1}与相应斜拉索成桥索力值{F}进行比较，计算两者的相对误差{δ}＝|{F}-{F1}/{F}×100％，得到各斜拉索中的相对误差最大值δmax；
(8)设定判定条件：δmax≤0.01％，若步骤(7)中的δmax不满足该条件，则在斜拉桥有限元模型的各斜拉索中施加调整后的相应斜拉索初张拉力{T1}，重复步骤(2)-(7)，若步骤(7)中的δmax满足该条件，则输出各斜拉索的最终初张拉力{T}。
其中，
结构自重：由斜拉桥自身质量引起的重力；
二期恒载：包括钢轨、道砟、轨枕、防水层、保护层、栏杆、人行道挡板、挡砟墙、接触网支柱、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量；
预应力荷载：是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏；
结构大变形：柔性结构在外荷载作用下会产生较大位移，结构分析不能按未变形的初始几何形状进行，而应当随着位移的变化逐步改变结构的几何形状；
应力刚化效应：由于斜拉桥同时承受弯曲变形和轴向力作用，结果使得弯曲变形和轴向变形相互影响，也称之为梁柱效应。
实施例
如图2所示，某高速铁路大跨度独塔斜拉桥为两跨，跨径布置为138m+138m，桥面总宽11m，桥塔采用钻石型索塔并采用C50混凝土，桥面以上索塔采用倒Y型，桥面以下塔柱为独塔型，桥面以上塔高61m，桥面以下塔高25m，主梁采用混凝土箱梁并采用C55混凝土，主梁高3.2m，斜拉索采用钢丝直径为7mm的镀锌高密度拉索，斜拉索的抗拉强度为1670MPa，相邻斜拉索平行布置，该斜拉桥为空间双索面体系且呈扇形布置，全桥共22对斜拉索，即全桥前排和后排分别设11对斜拉索，全桥前排在桥塔左侧和桥塔右侧分别设11根斜拉索，全桥后排在桥塔左侧和桥塔右侧也分别设11根斜拉索，相邻斜拉索在主梁上锚固点之间的间距为12m，相邻斜拉索在桥塔上锚固点之间的间距为1.8-3m。
基于上述有限元模型，在结构自重、二期恒载和预应力荷载作用下，采用影响矩阵法得到各斜拉索的初张拉力，在成桥状态下，计算得出的各斜拉索内力与其成桥索力值对比情况如表1所示。
表1斜拉索内力与成桥索力值的对比
拉索编号 初张拉力/kN 计算内力/kN 成桥索力/kN 相对差值/％
S11 4278.287 4133.300 4133.190 0.0027％
S10 4122.009 4010.500 4010.520 0.0005％
S9 4188.403 4092.900 4093.000 0.0024％
S8 4121.280 4011.600 4011.540 0.0015％
S7 4191.746 4046.000 4046.060 0.0015％
S6 4154.724 3941.300 3941.240 0.0015％
S5 3828.353 3554.900 3554.750 0.0042％
S4 3478.319 3143.200 3143.140 0.0019％
S3 3319.368 2994.300 2994.340 0.0013％
S2 2745.535 2496.700 2496.680 0.0008％
S1 2553.736 2348.200 2348.170 0.0013％
由表1可知，在各斜拉索上施加由影响矩阵法确定的初张拉力，计算得到各斜拉索内力值，将得到的各斜拉索内力值与该斜拉索的成桥索力值进行比较，并计算两者的相对误差{δ}＝|{F}-{F1}/{F}×100％，计算得到的各斜拉索内力与其成桥索力的差值均控制在0.01％之内，这说明在有限元模型中施加斜拉索初张拉力时，为使各斜拉索内力与成桥索力保持一致，可采用影响矩阵法确定各斜拉索的初张拉力值。

Claims (2)

1.一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立斜拉桥有限元模型，以斜拉桥各斜拉索的成桥索力{F}作为各斜拉索的初张拉力{T0}；
(2)根据斜拉索初张拉力{T0}与应变ε之间的关系：T0＝EAε，将步骤(1)中的各斜拉索的初张拉力{T0}代入式T0＝EAε中，得到各斜拉索的初应变ε，并将相应斜拉索的初应变ε施加到步骤(1)中有限元模型的相应斜拉索中，计算得出各斜拉索的初始内力值{F0}，其中，E为斜拉索弹性模量，A为斜拉索横截面面积；
(3)定义单位影响荷载N，则影响向量{Kj}为第j根斜拉索的初张拉力Tj0发生单位影响荷载N变化时引起的各斜拉索内力变化值，记为：{Kj}＝(kj1，kj2，…，kjm)T，其中m表示斜拉桥桥塔一侧的斜拉索有m根，而影响矩阵[K]为m个影响向量依次排列而成的矩阵，记为：[K]＝[K1，K2，…，Km]；
(4)计算步骤(2)中各斜拉索初始内力值{F0}与相应斜拉索的成桥索力值{F}的差值，得到各斜拉索的受调向量{D}＝(d1，d2，…，dm)T；
(5)定义施调向量{X}为斜拉桥桥塔一侧的m根斜拉索的初张拉力调整值，记为：{X}＝(x1，x2，…，xm)T，则{X}＝{D}[K]-1，进而最终对应成桥索力值的各斜拉索的初张拉力{T1}＝{T0}+{X}；
(6)将步骤(5)中得到的最新各斜拉索的初张拉力{T1}对应的应变ε再次施加到斜拉桥有限元模型的相应斜拉索中，进而得到调整后各斜拉索内力值{F1}；
(7)将步骤(6)中得到的调整后各斜拉索内力值{F1}与相应斜拉索成桥索力值{F}进行比较，计算两者的相对误差{δ}＝|{F}-{F1}|/{F}×100％，得到各斜拉索中的相对误差最大值δmax；
(8)设定判定条件：δmax≤0.01％，若步骤(7)中的δmax不满足该条件，则在斜拉桥有限元模型的各斜拉索中施加调整后的相应斜拉索初张拉力{T1}，重复步骤(2)-(7)，若步骤(7)中的δmax满足该条件，则输出各斜拉索的最终初张拉力{T}。
2.根据权利要求1所述的一种斜拉桥的斜拉索初张拉力的计算方法，其特征在于步骤(2)中，将相应斜拉索的初应变ε施加到步骤(1)中有限元模型的相应斜拉索中后，在结构自重w1、二期恒载w2、预应力荷载w3作用下，考虑结构大变形及应力刚化效应，计算得出各斜拉索的初始内力值{F0}。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111611644A (zh) * 2020-05-28 2020-09-01 广西新发展交通集团有限公司 施工过程索力最优的斜拉桥斜拉索张拉方法
CN112211114A (zh) * 2020-10-20 2021-01-12 中国矿业大学 一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法
CN114692467A (zh) * 2022-04-18 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种三塔斜拉桥合理成桥状态智能化快速调索方法
CN114722672A (zh) * 2022-04-07 2022-07-08 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种斜拉-悬索协作体系桥运营期线形调整方法
CN115434247A (zh) * 2022-08-30 2022-12-06 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101937485A (zh) * 2010-10-11 2011-01-05 武汉理工大学 斜拉桥初始成桥初始索力确定方法
WO2018001147A1 (zh) * 2016-06-29 2018-01-04 深圳市智能机器人研究院 一种基于优化张紧弦模型的桥索监测方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101937485A (zh) * 2010-10-11 2011-01-05 武汉理工大学 斜拉桥初始成桥初始索力确定方法
WO2018001147A1 (zh) * 2016-06-29 2018-01-04 深圳市智能机器人研究院 一种基于优化张紧弦模型的桥索监测方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汪峰等: "基于ANSYS平台的大跨度斜拉桥非线性成桥初始索力确定", 《土木工程与管理学报》 *
高荣雄等: "斜拉桥成桥索力优化研究", 《武汉理工大学学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111611644A (zh) * 2020-05-28 2020-09-01 广西新发展交通集团有限公司 施工过程索力最优的斜拉桥斜拉索张拉方法
CN111611644B (zh) * 2020-05-28 2023-03-21 广西新发展交通集团有限公司 施工过程索力最优的斜拉桥斜拉索张拉方法
CN112211114A (zh) * 2020-10-20 2021-01-12 中国矿业大学 一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法
CN114722672A (zh) * 2022-04-07 2022-07-08 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种斜拉-悬索协作体系桥运营期线形调整方法
CN114722672B (zh) * 2022-04-07 2024-02-27 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种斜拉-悬索协作体系桥运营期线形调整方法
CN114692467A (zh) * 2022-04-18 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种三塔斜拉桥合理成桥状态智能化快速调索方法
CN115434247A (zh) * 2022-08-30 2022-12-06 中铁大桥勘测设计院集团有限公司 一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统

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