CN112199764B - 用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法 - Google Patents

用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法；步骤如下：首先，建立全桥模型，以现状桥梁的竣工图拉索承载力为初始索力，并根据主梁受力状态是否满足三个承载条件来调整初始索力，直至三个条件同时满足；其次，根据全桥模型的数据，得到桥梁符合设计状态的成桥索力和无应力索长，并以主梁下先安满堂支撑架设，安无应力索长进行成桥正装分析；根据两个判别条件判断主梁和每一拉索的承载力，有任意一个不能满足，则优化桥下的支撑架设的数量后重新判断，直到全部满足两个判别条件；最后，构建拉索索力数组及主梁弯矩数组表达式和支撑反力数组表达式。本发明最大限度优化桥下支撑的数量，减小阻断河道或地面交通的影响。

Description

用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法
技术领域
本发明涉及斜拉桥桥梁拆除技术领域，特别涉及用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法。
背景技术
斜拉桥现有的拆除方法有满堂支架法或挂篮法；其中满堂支架法需对桥下河道或桥下地面交通全面截断，实际应用上受到很大限制；而挂篮法需采用专用挂篮设备，其与待拆桥梁锚固构造要求很高，桥梁拆除状态处于长悬臂状态,风险较大,成本和技术要求极高。
而为了达到减小阻断河道或地面交通的影响，利用既有桥梁自身承载能力使用常规的钢管支撑或型钢支撑，配合千斤顶完成桥梁拆除的方法则需要完成大量的即时数据采集和计算，以实现施工过程的监控和校正。
因此，如何通过计算机系统最大限度优化桥下支撑的数量，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法，实现的目的是利用计算机系统，在成桥状态倒拆分析的基础上，最大限度优化桥下支撑的数量，实现利用既有桥梁自身承载能力使用常规的钢管支撑或型钢支撑，配合千斤顶完成桥梁拆除。
为实现上述目的，本发明公开了用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法；步骤如下：
步骤1、建立全桥模型，以现状桥梁的竣工图拉索承载力[Tu]为初始索力[T0]，在成桥状态下以主梁受力状态是否满足包括以下三个承载条件：
承载条件一：是否满足初始主梁受力[M0]<竣工图主梁受力[Mu]；
承载条件二：支座反力F是否出现拉力要求，即是否满足支座反力F>0；
承载条件三：成桥索力[T]是否超过容许值，即是否满足成桥索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
将三个所述承载条件作为判别依据进行索力调整，建立符合运营状态的待拆桥梁初始状态；
步骤2、如三个所述承载条件中有任意一个不能满足，将所述初始索力[T0]按95％重新赋值，再次执行步骤1，直至所述三个条件同时满足后，执行后续步骤；
步骤3、按照三个所述承载条件同时满足时的所述全桥模型的数据，得到桥梁符合设计状态的成桥索力[T]和无应力索长[Lu]，按所述无应力索长[Lu]进行成桥正装分析，得到待拆桥梁的初始状态1，并以所述初始状态1作为当前待分析数据；
步骤4、所述主梁下先安满堂支撑架设，每两个相邻的所述支撑之间为一个梁段，钝化所述主梁段支座，并引入所述当前待分析数据；
在拆除施工阶段，逐段拆除每一所述梁段及对应的拉索；
各施工阶段中，将每一个所述梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T分别以数组形式存储于[M1]、[M2]、[M3]…[Mn]，以及[T1]、[T2]、[T3]…[Tn]，分别对每一个所述梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T，形成弯矩[M]＝max([M1]、[M2]...[Mn])，以及拉索索力[T]＝max([T1]、[T2]...[Tn])；
步骤5、对所述主梁和每一所述拉索进行承载力判别，包括以下两个判别条件：
判别条件一：拉索索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
判别条件二：0.90<弯矩[M]/竣工图主梁受力[Mu]<0.95；
如两个所述判别条件中有任意一个不能满足，则优化桥下的所述支撑架设的数量，作为分析状态2；然后以所述分析状态2作为当前待分析数据重新执行步骤4；
重复执行步骤4至步骤5，直到全部满足两个所述判别条件后，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组，即分析状态k，及相应的支撑反力数组[R]，继续执行后续步骤；
步骤6、以符号a表示主塔左侧，以符号b表示主塔右侧，以符号T表示拉索拉力，以符号M主梁弯矩，以符号i表示对应分析状态顺序号，以符号j表示拉索或主梁节段编号，以符号Tu表示拉索承载力，以符号Mu表示主梁节段承载能力，构建拉索索力数组及主梁弯矩数组表达式和支撑反力数组表达式。
优选的，所述步骤5中，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组的方法如下：
全部满足两个所述判别条件后的桥下支架数量作为分析状态k，即初始状态，其支撑反力数组[R]；然后逐梁段拆除，将拆除每一所述梁段后的每一桥梁状态分别作为分析状态k1、分析状态k2…，直到分析状态kt；
然后根据所述分析状态k1、所述分析状态k2…，直到所述分析状态kt，得到包括拆除每一所述梁段后的每一桥梁状态的所有支撑反力数组[R1]、[R2]…、直到[Rt]。
更优选的，在所述桥梁对应所述最优支撑节点组的每一节点处均架设支撑；
每一所述支撑的顶部均架设千斤顶；
作为施工初始状态，将所述分析状态k的所述支撑反力数组[R]的支撑反力逐级均衡施加到对应的所有所述支撑位置的每一所述千斤顶，即每一所述千斤顶的顶力[N]均以所述支撑反力数组[R]进行赋值，而所述桥梁两端桥台支座被卸载。
更优选的，在桥梁分节段拆除时，每一所述千斤顶的顶力[N]随拆除过程变化时，即时采集每一所述千斤顶的顶力数据；
经施工状态1、施工状态2…，直到施工状态t，每一所述施工状态的所有支撑反力数组分别为[N1]、[N2]、…[Nt]；
在拆除过程中，对应每一所述施工状态的所有所述千斤顶的顶力，按分析状态的支撑反力进行校正，保持桥梁的平衡状态。
更优选的，桥梁分节段拆除过程中，对每一所述千斤顶的顶力进行监控；
在所述监控过程中，每一所述千斤顶的顶力值应始终小于对应分析状态的支撑反力；
当出现异常时，需要及时分析原因、进行校正；
当拆除到与分析状态同步的施工状态时，结合采集的千斤顶顶力数据和相应分析状态的支撑反力数据，按分析状态的支撑反力数据作为控制值对千斤顶顶力进行校正，将各支撑的千斤顶顶力逐级施加顶力至控制值。
本发明的有益效果：
本发明籍由计算机系统，在成桥状态倒拆分析的基础上，最大限度优化桥下支撑的数量，进而达成减小阻断河道或地面交通的影响。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的流程图。
图2示出本发明一实施例中分析状态1示意图。
图3示出本发明一实施例中分析状态2示意图。
图4示出本发明一实施例中分析状态k示意图。
图5示出本发明一实施例中分析状态k1示意图。
图6示出本发明一实施例中分析状态k2示意图。
图7示出本发明一实施例中分析状态kt示意图。
图8示出本发明一实施例中千斤顶的结构示意图。
图9示出本发明一实施例中施工初始状态示意图。
图10示出本发明一实施例中施工状态1示意图。
图11示出本发明一实施例中施工状态2示意图。
图12示出本发明一实施例中施工状态3示意图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法；步骤如下：
步骤1、建立全桥模型，以现状桥梁的竣工图拉索承载力[Tu]为初始索力[T0]，在成桥状态下以主梁受力状态是否满足包括以下三个承载条件：
承载条件一：是否满足初始主梁受力[M0]<竣工图主梁受力[Mu]；
承载条件二：支座反力F是否出现拉力要求，即是否满足支座反力F>0；
承载条件三：成桥索力[T]是否超过容许值，即是否满足成桥索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
将三个承载条件作为判别依据进行索力调整，建立符合运营状态的待拆桥梁初始状态；
步骤2、如三个承载条件中有任意一个不能满足，将初始索力[T0]按95％重新赋值，再次执行步骤1，直至三个条件同时满足后，执行后续步骤；
步骤3、按照三个承载条件同时满足时的全桥模型的数据，得到桥梁符合设计状态的成桥索力[T]和无应力索长[Lu]，安无应力索长[Lu]进行成桥正装分析，得到待拆桥梁的初始状态1，并以初始状态1作为当前待分析数据；
如图2所示，步骤4、主梁下先安满堂支撑架设，每两个相邻的支撑之间为一个梁段，钝化主梁段支座，并引入当前待分析数据；
在拆除施工阶段，逐段拆除每一梁段及对应的拉索；
各施工阶段中，将每一个梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T分别以数组形式存储于[M1]、[M2]、[M3]…[Mn]，以及[T1]、[T2]、[T3]…[Tn]，分别对每一个梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T，形成弯矩[M]＝max([M1]、[M2]...[Mn])，以及拉索索力[T]＝max([T1]、[T2]...[Tn])；
步骤5、对主梁和每一拉索进行承载力判别，包括以下两个判别条件：
判别条件一：拉索索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
判别条件二：0.90<弯矩[M]/竣工图主梁受力[Mu]<0.95；
如图3所示，如两个判别条件中有任意一个不能满足，则优化桥下的支撑架设的数量，作为分析状态2；然后以分析状态2作为当前待分析数据重新执行步骤4；
重复执行步骤4至步骤5，直到全部满足两个判别条件后，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组，即分析状态k，及相应的支撑反力数组[R]，继续执行后续步骤；
本步骤的目的是在满足本步骤判别条件的前提下，最大限度减少桥下支撑数量；最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组，即分析状态k，如图4所示，其支撑反力数组[R]；
步骤6、以符号a表示主塔左侧，以符号b表示主塔右侧，以符号T表示拉索拉力，以符号M主梁弯矩，以符号i表示对应分析状态顺序号，以符号j表示拉索或主梁节段编号，以符号Tu表示拉索承载力，以符号Mu表示主梁节段承载能力，构建拉索索力数组及主梁弯矩数组表达式和支撑反力数组表达式。
拉索索力数组表达式具体如下：
Figure GDA0003498758020000061
Figure GDA0003498758020000062
主梁弯矩数组表达式具体如下：
Figure GDA0003498758020000063
在某些实施例中，步骤5中，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组的方法如下：
全部满足两个判别条件后的桥下支架数量作为分析状态k，即初始状态，其支撑反力数组[R]；然后逐梁段拆除，将拆除每一梁段后的每一桥梁状态分别作为分析状态k1、分析状态k2…，直到分析状态kt；
如图5至图7所示，然后根据分析状态k1、分析状态k2…，直到分析状态kt，得到包括拆除每一梁段后的每一桥梁状态的所有支撑反力数组[R1]、[R2]…、直到[Rt]。
如图8所示，在某些实施例中，在桥梁对应最优支撑节点组的每一节点处均架设支撑；
每一支撑的顶部均架设千斤顶；
如图9所示施工初始状态，将分析状态k的支撑反力数组[R]的支撑反力逐级均衡施加到对应的所有支撑位置的每一设千斤顶，即每一千斤顶的顶力[N]均以支撑反力数组[R]进行赋值，而桥梁两端桥台支座被卸载，如图10所示。
在某些实施例中，在桥梁分节段拆除时，每一千斤顶的顶力[N]随拆除过程变化时，即时采集每一千斤顶的顶力数据；
如图10至图12所示，经施工状态1、施工状态2…，直到施工状态t，每一施工状态的所有支撑反力数组分别为[N1]、[N2]、…[Nt]；
千斤顶顶力数组表达式具体如下：
Figure GDA0003498758020000071
在拆除过程中，对应每一施工状态的所有千斤顶的顶力，即[N1]、[N2]、…[Nt]，按分析状态，即k1、k2、…kt的支撑反力，即[R1]、[R2]、…[Rt]进行校正，保持桥梁的平衡状态。
在某些实施例中，桥梁分节段拆除过程中，对每一千斤顶的顶力进行监控；
在监控过程中，每一千斤顶的顶力值应始终小于对应分析状态的支撑反力，即[R1]、[R2]、…[Rt]；
当出现异常时，需要及时分析原因、进行校正；
当拆除到与分析状态同步的施工状态时，结合采集的千斤顶顶力数据和相应分析状态的支撑反力数据，按分析状态的支撑反力数据作为控制值对千斤顶顶力进行校正，将各支撑的千斤顶顶力逐级施加顶力至控制值。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法；步骤如下：
步骤1、建立全桥模型，以现状桥梁的竣工图拉索承载力[Tu]为初始索力[T0]，在成桥状态下以主梁受力状态是否满足包括以下三个承载条件：
承载条件一：是否满足初始主梁受力[M0]<竣工图主梁受力[Mu]；
承载条件二：支座反力F是否出现拉力要求，即是否满足支座反力F>0；
承载条件三：成桥索力[T]是否超过容许值，即是否满足成桥索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
将三个所述承载条件作为判别依据进行索力调整，建立符合运营状态的待拆桥梁初始状态；
步骤2、如三个所述承载条件中有任意一个不能满足，将所述初始索力[T0]按95％重新赋值，再次执行步骤1，直至所述三个条件同时满足后，执行后续步骤；
步骤3、按照三个所述承载条件同时满足时的所述全桥模型的数据，得到桥梁符合设计状态的成桥索力[T]和无应力索长[Lu]，按所述无应力索长[Lu]进行成桥正装分析，得到待拆桥梁的初始状态1，并以所述初始状态1作为当前待分析数据；
步骤4、所述主梁下先安满堂支撑架设，每两个相邻的所述支撑之间为一个梁段，钝化所述主梁段支座，并引入所述当前待分析数据；
在拆除施工阶段，逐段拆除每一所述梁段及对应的拉索；
各施工阶段中，将每一个所述梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T分别以数组形式存储于[M1]、[M2]、[M3]…[Mn]，以及[T1]、[T2]、[T3]…[Tn]，分别对每一个所述梁段的未拆除梁段弯矩M和拉索索力T，形成弯矩[M]＝max([M1]、[M2]...[Mn])，以及拉索索力[T]＝max([T1]、[T2]...[Tn])；
步骤5、对所述主梁和每一所述拉索进行承载力判别，包括以下两个判别条件：
判别条件一：拉索索力[T]<现状桥梁竣工图拉索承载力[Tu]；
判别条件二：0.90<弯矩[M]/竣工图主梁受力[Mu]<0.95；
如两个所述判别条件中有任意一个不能满足，则优化桥下的所述支撑架设的数量，作为分析状态2；然后以所述分析状态2作为当前待分析数据重新执行步骤4；
重复执行步骤4至步骤5，直到全部满足两个所述判别条件后，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组，即分析状态k，及相应的支撑反力数组[R]，继续执行后续步骤；
步骤6、以符号a表示主塔左侧，以符号b表示主塔右侧，以符号T表示拉索拉力，以符号M主梁弯矩，以符号i表示对应分析状态顺序号，以符号j表示拉索或主梁节段编号，以符号Tu表示拉索承载力，以符号Mu表示主梁节段承载能力，构建拉索索力数组及主梁弯矩数组表达式和支撑反力数组表达式。
2.根据权利要求1所述的用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法，其特征在于，所述步骤5中，最终得到桥下支撑数量最少的最优支撑节点组的方法如下：
全部满足两个所述判别条件后的桥下支架数量作为分析状态k，即初始状态，其支撑反力数组[R]；然后逐梁段拆除，将拆除每一所述梁段后的每一桥梁状态分别作为分析状态k1、分析状态k2…，直到分析状态kt；
然后根据所述分析状态k1、所述分析状态k2…，直到所述分析状态kt，得到包括拆除每一所述梁段后的每一桥梁状态的所有支撑反力数组[R1]、[R2]…、直到[Rt]。
3.根据权利要求2所述的用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法，其特征在于，在所述桥梁对应所述最优支撑节点组的每一节点处均架设支撑；
每一所述支撑的顶部均架设千斤顶；
作为施工初始状态，将所述分析状态k的所述支撑反力数组[R]的支撑反力逐级均衡施加到对应的所有所述支撑位置的每一所述设千斤顶，即每一所述千斤顶的顶力[N]均以所述支撑反力数组[R]进行赋值，而所述桥梁两端桥台支座被卸载。
4.根据权利要求3所述的用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法，其特征在于，在桥梁分节段拆除时，每一所述千斤顶的顶力[N]随拆除过程变化时，即时采集每一所述千斤顶的顶力数据；
经施工状态1、施工状态2…，直到施工状态t，每一所述施工状态的所有支撑反力数组分别为[N1]、[N2]、…[Nt]；
在拆除过程中，对应每一所述施工状态的所有所述千斤顶的顶力，借助顶力校正系统，按分析状态的支撑反力进行校正，保持桥梁的平衡状态。
5.根据权利要求4所述的用于独塔单索面斜拉桥桥梁拆除的计算机分析方法，其特征在于，桥梁分节段拆除过程中，对每一所述千斤顶的顶力进行监控；
在所述监控过程中，每一所述千斤顶的顶力值应始终小于对应分析状态的支撑反力；
当出现异常时，需要及时分析原因、进行校正；
当拆除到与分析状态同步的施工状态时，结合采集的千斤顶顶力数据和相应分析状态的支撑反力数据，按分析状态的支撑反力数据作为控制值对千斤顶顶力进行校正，将各支撑的千斤顶顶力逐级施加顶力至控制值。
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