CN111931282A - 基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，建立扣索计算模型；步骤S2，设置一次张拉的约束条件，求解初步扣索力；步骤S3，优化确定扣索力；步骤S4，建立扣锚索的综合计算模型；步骤S5，代入已求得的扣索力；步骤S6，设置一次张拉的约束条件，求解锚索力以匹配扣索力；步骤S7，通过调整索力功能小范围优化调整扣锚索力；本发明的优点在于：提高了计算速度和精度，大大减少了计算工作；通过设置约束条件，准确快速地锁定目标范围，达到索力一次张拉的效果，避免现场反复调索作业，简化施工操作，提高施工工效。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工领域，尤其涉及一种基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法。
背景技术
随着我国大跨度拱桥的不断发展，其建造技术也在不断进步，尤其在山区河谷的大跨度拱桥建设中，近些年越来越多地采用斜拉扣挂法悬臂施工。该技术通过扣锚索相互匹配、扣挂拱肋节段，维持施工过程的受力平衡、结构稳定，其关键的核心就是如何确定扣锚索索力，但逐节段安装过程中线形和索力相互影响变化、效应逐次叠加，分析计算困难。传统的斜拉扣挂索力计算方法有：零位移法、零弯矩法、数学解析法、定长扣索法等，都有各自的适用条件和不足，如计算精度不高、优化调索计算工作繁琐、假定条件很难与实际相符或施工过程需不断调索等。
随着工程计算软件的发展，模拟有限元分析技术开始逐渐推广应用，桥梁工作者也不断地尝试利用软件电算的现代技术计算优化扣挂索力，尤其在Midas Civil软件开发了未知荷载系数法及调整索力功能，用于斜拉桥的拉索索力分析计算后，给斜拉扣挂索力计算提供了启发。但如何在未知荷载系数法的基础上优化扣挂索力，既保证计算精度满足工程需求，又大大简化分析计算工作，且能够实现一次张拉的目标，避免现场反复调索作业，这是一直困扰着广大桥梁工作者的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，建立扣索计算模型，设置正装施工阶段分析步骤并运行；
步骤S2，设置一次张拉的约束条件，采用未知荷载系数法求解初步扣索力；
步骤S3，利用调整索力优化确定扣索力；
步骤S4，在扣索计算模型的基础上建立扣锚索的综合计算模型；
步骤S5，代入已求得的扣索力，设置正装施工阶段分析步骤并运行；
步骤S6，设置一次张拉的约束条件，利用未知荷载系数法求解锚索力以匹配扣索力；
步骤S7，通过调整索力功能小范围优化调整扣锚索力。
进一步地，在所述步骤S1中，所述扣索计算模型包含拱肋节段和扣索，采用铰接约束模拟扣塔上的扣挂点。
进一步地，在所述步骤S1中，对于扣索，根据计算索力确定配索数量，采用质量等效法调整模型索截面尺寸大小。
进一步地，在所述步骤S1中，预设扣索初拉力为单位力，根据工程实际情况按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式。
进一步地，在所述步骤S2中，在合龙前阶段设置拱肋关键节点的位移约束条件。
进一步地，在所述步骤S4中，综合计算模型包含拱肋节段、扣索、锚索和扣塔。
进一步地，在所述步骤S4中，在扣索计算模型的基础上，取消扣塔上扣挂点的铰接约束，建立扣塔及锚索的模型，对于拱肋节段，采用调整密度的方法消除重量偏差。
进一步地，在所述步骤S5中，预设锚索初拉力为单位力，按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式。
进一步地，在所述步骤S6中，在合龙前阶段设置拱肋及扣塔关键节点的位移约束条件。
本发明的优点在于：针对斜拉扣挂索力的计算，本发明在未知荷载系数法及调整索力功能的基础上优化应用，较传统计算方法，有效地提高了计算速度和精度，大大减少了计算工作；通过设置约束条件，准确快速地锁定目标范围，达到索力一次张拉的效果，避免现场反复调索作业，简化施工操作，提高施工工效。
附图说明
图1为本发明的整体流程示意图；
图2为本发明的扣索计算模型示意图；
图3为本发明的扣锚索力综合计算模型示意图。
附图标记：
1拱肋节段
1-1第1拱肋节段
1-2第2拱肋节段
1-n第n拱肋节段
2扣索
3铰接约束
4锚索
5扣塔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例公开了某山区大跨度提篮拱桥，拱圈设计为劲性骨架+外包混凝土结构，计算跨径340m，矢高74m。劲性骨架设计为钢管桁架拱肋结构，总体划分为32个节段，采用缆索吊吊装、斜拉扣挂法从拱脚逐节段向拱顶安装，其中扣锚索力计算采用了本发明涉及的一种基于未知荷载系数法一次张拉的斜拉扣挂索力计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，建立扣索计算模型，所述扣索计算模型包含拱肋节段1和扣索2，采用铰接约束3模拟扣塔5上的扣挂点，对于扣索，根据计算索力确定配索数量，采用质量等效法调整模型索截面尺寸大小；
采用未知荷载系数法求解初步扣索力，预设扣索初拉力为单位力或通过工程经验预估，根据工程实际情况按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式，；
步骤S2，在合龙前阶段设置拱肋关键节点的位移约束条件，通过未知荷载系数法多次正装迭代计算得出一组初步扣索力。
步骤S3，根据控制目标要求，利用软件的调整索力功能，人为地优化调整部分扣索力。
步骤S4，在扣索计算模型的基础上建立扣锚索的综合计算模型，综合计算模型包含拱肋节段1、扣索2、锚索4、扣塔5，在扣索计算模型的基础上取消扣塔上扣挂点的铰接约束3，根据施工方案真实地补充建立锚索4及扣塔5的模型，对于拱肋节段，采用调整密度的方法消除重量偏差。
步骤S5，代入已求得的扣索力；
预设锚索4初拉力为单位力或通过工程经验预估，按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式；
步骤S6，在合龙前阶段（即最大悬臂状态）设置拱肋1上每个扣挂点的竖向位移约束条件及扣塔5关键节点的纵向位移约束条件，利用未知荷载系数法多次正装迭代求解锚索力以匹配扣索力。
步骤S7，根据一次张拉对拱肋1线形及扣塔5偏移量的控制要求，通过软件的调整索力功能人为地小范围优化调整扣锚索力以实现目标值。
实施时，由于拱肋节段1重量对索力大小有着直接显著的影响，在索力的计算过程中，根据拱肋节段1的模型重量偏差，对比实际重量，采用调整材料密度的方式消除重量偏差。
在扣索力和锚索力优化过程中，根据粗调锁定的索力值范围进行初步配索，确定每一束扣锚索对应配置钢绞线的根数，然后再根据每延米索重量相等的原则调整模型索截面的等效尺寸，以减小索自重偏差对计算结果的影响。
在扣锚索力精调优化完成后，再次对比每束索的最终索力大小与配置的钢绞线根数，针对出现偏差的局部配索进行再次等效调整模型索截面尺寸大小，调整后验证分析结果是否满足要求，以尽量减小索自重偏差对计算结果的影响，满足工程精度需要。
经应用本发明涉及的一种基于未知荷载系数法一次张拉的斜拉扣挂索力计算方法，利用Midas Civil软件开发了未知荷载系数法及调整索力功能，设置拱肋1和扣塔5的约束条件，锁定目标范围，调索优化得出最终真实指导现场施工的一组索力；根据现场实施情况，按照计算索力进行对称张拉当前节段的扣锚索，按照监控指令坐标进行调整拱肋1安装空间位置，直至跨中合龙，通过监测索力及结构应力、观测拱肋1线形和扣塔5位移等变化，与仿真分析数据进行对比验证，现场施工能够达到一次张拉的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，建立扣索计算模型，设置正装施工阶段分析步骤并运行；
步骤S2，设置一次张拉的约束条件，采用未知荷载系数法求解初步扣索力；
步骤S3，利用调整索力优化确定扣索力；
步骤S4，在扣索计算模型的基础上建立扣锚索的综合计算模型；
步骤S5，代入已求得的扣索力，设置正装施工阶段分析步骤并运行；
步骤S6，设置一次张拉的约束条件，利用未知荷载系数法求解锚索力以匹配扣索力；
步骤S7，通过调整索力功能小范围优化调整扣锚索力。
2.根据权利要求1所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述扣索计算模型包含拱肋节段和扣索，采用铰接约束模拟扣塔上的扣挂点。
3.根据权利要求2所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，对于扣索，根据计算索力确定配索数量，采用质量等效法调整模型索截面尺寸大小。
4.根据权利要求1所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，预设扣索初拉力为单位力，根据工程实际情况按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式。
5.根据权利要求4所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在合龙前阶段设置拱肋关键节点的位移约束条件。
6.根据权利要求1所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，综合计算模型包含拱肋节段、扣索、锚索和扣塔。
7.根据权利要求6所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中，在扣索计算模型的基础上，取消扣塔上扣挂点的铰接约束，建立扣塔及锚索的模型，对于拱肋节段，采用调整密度的方法消除重量偏差。
8.根据权利要求1所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S5中，预设锚索初拉力为单位力，按正装法设置施工阶段分析步骤，运行模型并切换至后处理模式。
9.根据权利要求8所述的基于未知荷载系数法一次张拉斜拉扣挂索力计算方法，其特征在于，在所述步骤S6中，在合龙前阶段设置拱肋及扣塔关键节点的位移约束条件。
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