CN112211114A - 一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度，张拉结果更加接近期望状态。本发明实施例方法，通过建立斜拉桥的有限元模型，在有限元模型基础上，求解得到每个斜拉索的索力目标值，并采用悬臂拼装法进行拼装，拼装过程中张拉斜拉索时直接调节至求得的索力目标值，不用关注该斜拉索张拉对其他斜拉索的索力以及各端点挠度的影响，无需反复多次张拉即可达到成桥后期望状态，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度。求解的索力目标值更接近桥梁线形和索力期望值，使得张拉结果更加准确，符合期望状态。

Description

一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥施工技术领域，具体涉及一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法。

背景技术

目前在实际斜拉桥拉索张拉施工中，通常采用多次张拉法，最终得到索力期望值。但这种方法张拉过程复杂、可能需要反复调节索力、且要求技术人员经验丰富等问题，较难被桥梁工程技术人员所掌握和运用。此外，在斜拉索张拉过程中，多次张拉法较难考虑施工过程中温度场对索力的影响，导致实际张拉结果与索力期望值相差很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度，张拉结果更加接近期望状态。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，包括以下步骤：

步骤10、建立待建斜拉桥的有限元模型；所述有限元模型包括n根主梁节段M_i,i＝0,1,…,n-1和n+1根斜拉索L_j,j＝0,0',1,…,m，所述斜拉索分别安装在主梁节段的n+1个端点D_h,h＝0,0',1,…,m上，m＝n-1；

步骤20、根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，依次计算得到每个主梁节段的挠度参数和索力参数；

所述挠度参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对各端点的挠度影响系数；

所述索力参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各斜拉索的第一索力变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各斜拉索的第二索力变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的其它斜拉索的第三索力变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对其它斜拉索的索力影响系数；

步骤30、根据成桥后期望状态，结合所述挠度参数和索力参数，求解得到n+1根斜拉索的索力目标值；

步骤40、采用对称悬臂拼装法进行施工，施工过程中每安装一根斜拉索，将所述斜拉索的索力调节至所述斜拉索的索力目标值。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10具体包括：

参照待建斜拉桥的桥梁尺寸，使用有限元分析软件，采用对称悬臂拼装法建立待建斜拉桥的有限元模型。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M_r时由于温度变化引起的各端点的第二挠度变化量和各斜拉索的第二索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到拼装主梁节段M_r时有限元模型的整体温度为T_r，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到温度由T_r-1'变为T_r引起的各端点的第二挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第二索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M_r时由于自重引起的各端点的第一挠度变化量和各斜拉索的第一索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

在所述有限元模型上施加主梁节段M_r的自重G_r，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到拼装主梁节段M_r时由自重引起的各端点的第一挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第一索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量和其它斜拉索的第三索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时温度为T_r'，采用有限元模拟分析方法分析得到温度为T_r'时各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

温度由T_r变为T_r'引起的各端点的第三挠度变化量分别为：

引起的其它斜拉索的第三索力变化量分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时对各端点的挠度影响系数和对其它斜拉索的索力影响系数，r表示大于等于1的整数，具体包括：

在所述有限元模型中对主梁节段M_r上的斜拉索L_r施加初拉力，斜拉索L_r在主梁节段M_r上的锚固点为D_r，采用有限元模拟分析方法分析得到斜拉索L_r回缩后的索力为F_r，其它斜拉索的索力分别为

以及各端点的挠度分别为

计算得到主梁节段M_r上斜拉索L_r张拉对各端点的挠度影响系数分别为：

对其它斜拉索的索力影响系数分别为：

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤30具体包括：

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，得到挠度方程组，求解挠度方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m；

如果成桥后期望状态为各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到索力方程组，求解索力方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m；

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值且各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到挠度-索力方程组，求解挠度-索力方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m。

作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤40具体包括：

将主梁节段M₀与桥塔固结，在主梁桥段M₀的端点D₀处安装斜拉索L₀，在斜拉索L₀上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₀的索力值至索力目标值X₀；

在主梁桥段M₀的端点D_0'处安装斜拉索L_0'，在斜拉索L_0'上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_0'的索力值至索力目标值X_0'；

在主梁桥段M₀的端点D₀处拼装主梁桥段M₁，在主梁桥段M₁的端点D₁处安装斜拉索L₁，在斜拉索L₁上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₁的索力值至索力目标值X₁；

在主梁节段M₀的端点D_0'处拼装主梁桥段M₂，在主梁桥段M₂的端点D₂处安装斜拉索L₂，在斜拉索L₂上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₂的索力值至索力目标值X₂；

依此拼装，直至在主梁节段M_n-1的端点D_m处安装斜拉索L_m，在斜拉索L_m上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_m的索力值至索力目标值X_m。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度，张拉结果更加接近期望状态。本发明实施例方法，通过建立斜拉桥的有限元模型，在有限元模型基础上，求解得到得到每个斜拉索的索力目标值，并采用悬臂拼装法进行拼装，拼装过程中张拉斜拉索时直接调节至求得的索力目标值，不用关注该斜拉索张拉对其他斜拉索的索力以及各锚固点挠度的影响，无需反复多次张拉即可达到成桥后期望状态，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度。求解索力目标值时充分考虑了塔梁固结体系斜拉桥在悬臂拼装施工时，每个施工工序中各个梁体节段自重、各个梁体节段安装时的温度场以及各个斜拉索张拉时的温度场对张拉结果的影响，得到的索力目标值更接近桥梁线形和索力期望值，使得张拉结果更加准确，符合期望状态。求解索力目标值的方法简单，计算时间短。

附图说明

图1为具体实施例中斜拉桥的结构示意图；

图2为具体实施例中斜拉桥成桥后的位移变形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，包括以下步骤：

步骤10、建立待建斜拉桥的有限元模型；所述有限元模型包括n根主梁节段M_i,i＝0,1,…,n-1和n+1根斜拉索L_j,j＝0,0',1,…,m，所述斜拉索分别安装在主梁节段的n+1个端点D_h,h＝0,0',1,…,m上，m＝n-1；

步骤20、根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，依次计算得到每个主梁节段的挠度参数和索力参数；

所述挠度参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对各端点的挠度影响系数；

所述索力参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各斜拉索的第一索力变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各斜拉索的第二索力变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的其它斜拉索的第三索力变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对其它斜拉索的索力影响系数；

步骤30、根据成桥后期望状态，结合所述挠度参数和索力参数，求解得到n+1根斜拉索的索力目标值；

步骤40、采用对称悬臂拼装法进行施工，施工过程中每安装一根斜拉索，将所述斜拉索的索力调节至所述斜拉索的索力目标值。

现有的施工方法在斜拉桥成桥后调节索力大小，调节某一根斜拉索的索力会影响其他斜拉索索力的大小，导致全桥的受力状态都发生改变。本发明实施例方法，通过建立斜拉桥的有限元模型，在有限元模型基础上，求解得到得到每个斜拉索的索力目标值，并采用悬臂拼装法进行拼装，拼装过程中张拉斜拉索时直接调节至求得的索力目标值，不用关注该斜拉索张拉对其他斜拉索的索力以及各锚固点挠度的影响，无需反复多次张拉即可达到成桥后期望状态，简化了施工步骤，降低了施工作业的难度。本发明实施例方法求解索力目标值时，充分考虑了塔梁固结体系斜拉桥在悬臂拼装施工时，每一根斜拉索张拉对之前已经张拉的斜拉索的索力的影响、主梁自重以及温度对斜拉索索力的影响，得到的索力目标值更接近桥梁线形和索力期望值，采用对称悬臂拼装方法进行施工，得到的张拉结果更加准确，更加接近期望状态。求解索力目标值的方法简单，计算时间短。

本发明实施例方法中，步骤10具体包括：

参照待建斜拉桥的桥梁尺寸，使用有限元分析软件，例如MIDAS软件，采用对称悬臂拼装法建立待建斜拉桥的有限元模型。

采用对称悬臂拼装法，即首先安装主梁节段M₀左右端的2根斜拉索L₀和L_0'；然后在主梁节段M₀右端拼装主梁节段M₁，在主梁节段M₁右端安装斜拉索L₁；然后在主梁节段M₀左端拼装主梁节段M₂，在主梁节段M₂左端安装斜拉索L₂；依次进行悬臂拼装施工，直至拼装结束。得到的有限元模型包括n根主梁节段、n+1根斜拉索和桥塔，其中桥塔与基础固结，主梁节段M₀与桥塔固结且容重按照实际施工要求设置，其余主梁节段的容重设置为0，模型初始温度为T。

本发明实施例方法中，步骤20具体包括：

(1)计算得到拼装主梁节段M₀时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉主梁节段M₀上的斜拉索L₀时对各端点的挠度影响系数，张拉主梁节段M₀上的斜拉索L_0'时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量、对斜拉索L₀的第三索力变化量，张拉主梁节段M₀上的斜拉索L_0'时对各端点的挠度影响系数和对斜拉索L₀的索力影响系数，具体为：

在有限元模型上施加主梁节段M₀的自重G₀，采用有限元模拟分析方法分析得到自重作用下各端点的挠度值分别为

则由于自重引起的各端点的第二挠度变化量分别为

采用温度场全寿命预测方法，预测得到主梁节段M₀右端斜拉索L₀张拉时模型结构整体温度为T₀，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

则温度变化引起的各端点的第一挠度变化量分别为

在模型结构温度为T₀时，安装主梁节段M₀右端斜拉索L₀，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力W₀，斜拉索L₀在主梁节段M₀上锚固点为D₀，分析得斜拉索L₀回缩后的索力值为F₀，各端点的挠度分别为

则可得到主梁节段M₀右端斜拉索L₀张拉对各端点的挠度影响系数分别为

采用温度场全寿命预测方法，预测得到主梁节段M₀左端斜拉索L_0'张拉时模型结构温度为T₀'，各端点挠度分别为

斜拉索L₀的索力为

则温度由T₀变化为T_0'引起的各端点的第三挠度变化量分别为

引起斜拉索L₀的第三索力变化量为

在模型结构整体温度为T₀'时，安装主梁节段M₀左端斜拉索L_0'，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力W_0'，斜拉索L_0'在主梁节段M₀上的锚固点为D_0'，运算分析得斜拉索L_0'回缩后的索力值为F₀'，斜拉索L₀的索力值为

各端点的挠度分别为

则可得到斜拉索L_0'张拉对各端点的挠度影响系数分别为

对斜拉索L₀的索力影响系数为

(2)计算得到拼装主梁节段M₁时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量和各斜拉索的第一索力变化量，由于自重引起的各端点的第二挠度变化量和各斜拉索的第二索力变化量，张拉主梁节段M₁上的斜拉索L₁时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量和其它斜拉索的第三索力变化量，张拉主梁节段M₁上的斜拉索L₁时对各端点的挠度影响系数和对其它斜拉索的索力影响系数，具体为：

根据有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到拼装主梁节段M₁时有限元模型的整体温度为T₁，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到温度由T₀'变为T₁引起的各端点的第一挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第一索力变化量分别为：

在有限元模型上施加主梁节段M₁的自重G₁，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到拼装主梁节段M₁时由自重引起的各端点的第二挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第二索力变化量分别为：

采用温度场全寿命模拟方法，预测得到张拉主梁节段M₁上的斜拉索L₁时温度为T₁'，采用有限元模拟分析方法分析得到温度为T₁'时各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

温度由T₁变为T₁'引起的各端点的第三挠度变化量分别为：

引起的其它斜拉索的第三索力变化量分别为：

在有限元模型中对主梁节段M₁上的斜拉索L₁施加初拉力，斜拉索L₁在主梁节段M₁上的锚固点为D₁，采用有限元模拟分析方法分析得到斜拉索L₁回缩后的索力为F₁，其它斜拉索的索力分别为

以及各端点的挠度分别为

计算得到主梁节段M₁上斜拉索L₁张拉对各端点的挠度影响系数分别为：

对前2根斜拉索的索力影响系数分别为：

(3)依此计算，直到计算得到拼装主梁节段M_n-1时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量和各斜拉索的第一索力变化量，由于自重引起的各端点的第二挠度变化量和各斜拉索的第二索力变化量，张拉主梁节段M_n-1上的斜拉索L_m时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量和其它斜拉索的第三索力变化量，张拉主梁节段M_n-1上的斜拉索L_m时对各端点的挠度影响系数和对其它斜拉索的索力影响系数。

本发明实施例方法的步骤20中，温度场全寿命预测方法为丁幼亮、王高新等发表的《基于现场监测数据的润扬大桥的斜拉桥钢箱梁温度场全寿命模拟方法》公开的方法。

本发明实施例方法考虑了每一根斜拉索张拉对之前已经张拉的斜拉索的索力的影响、每一根主梁节段的自重以及温度变化对斜拉索索力的影响，得到的斜拉索的索力目标值更接近于索力期望值，按照本发明实施例方法进行施工，施工完成后的成桥状态能达到设计的成桥期望状态。在实际工程中斜拉桥主梁上各点的温度是不同的，无法准确计算。而《基于现场监测数据的润扬大桥的斜拉桥钢箱梁温度场全寿命模拟方法》公开的方法，模拟生成的扁平钢箱梁横截面温度场的统分布特性以及日变化和年变化规律与实测结果吻合较好，用于斜拉桥钢箱梁的全寿命温度效应分析。本发明实施例方法使用该方法预测温度，用于分析得到温度对斜拉索索力的影响，从而得到的斜拉索目标索力也与真实较为接近，使得张拉结果更加接近于期望状态。

本发明实施例方法中，步骤30具体包括：

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值为期望挠度值H_q,q＝0,0',1,…,m，结合期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，得到挠度方程组，如下：

利用消元法求解上述挠度方程组，得到斜拉索的索力目标值X₀,X_0',X₁,…,X_m。

如果成桥后期望状态为各斜拉索的索力值为期望索力值C，结合期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到索力方程组，如下：

利用消元法求解上述索力方程组，得到斜拉索的索力目标值X₀,X_0',X₁,…,X_m。

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值为期望挠度值H_q,q＝0,0',1,…,m且各斜拉索的索力值为期望索力值C，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到挠度-索力方程组，如下：

利用多元线性回归方法求解上述挠度-索力方程组，得到斜拉索的索力目标值X₀,X_0',X₁,…,X_m。

本发明实施例方法中，步骤40具体包括：

将主梁节段M₀与桥塔固结，在主梁桥段M₀的端点D₀处安装斜拉索L₀，在斜拉索L₀上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₀的索力值至索力目标值X₀；

在主梁桥段M₀的端点D_0'处安装斜拉索L_0'，在斜拉索L_0'上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_0'的索力值至索力目标值X_0'；

在主梁桥段M₀的端点D₀处拼装主梁桥段M₁，在主梁桥段M₁的端点D₁处安装斜拉索L₁，在斜拉索L₁上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₁的索力值至索力目标值X₁；

在主梁节段M₀的端点D_0'处拼装主梁桥段M₂，在主梁桥段M₂的端点D₂处安装斜拉索L₂，在斜拉索L₂上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₂的索力值至索力目标值X₂；

依次拼装，直至在主梁节段M_n-1的端点D_m处安装斜拉索L_m，在斜拉索L_m上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_m的索力值至索力目标值X_m。

下面以独塔单索面斜拉桥为例，采用本发明实施例施工方法进行施工，该斜拉桥主梁共分为三个节段。

(1)参照实际施工情况，用MIDAS软件建立斜拉桥的有限元模型，在拼装节段过程时，采用对称悬臂拼装法，即首先安装主梁节段M₀左右端的2根斜拉索L₀和L_0'，然后在主梁节段M₀右端拼装主梁节段M₁，在主梁节段M₁右端安装第3根斜拉索L₁，然后在主梁节段M₀左端拼装主梁节段M₂，在主梁节段M₂左端安装第4根斜拉索L₂，得到斜拉桥的有限元模型，如图1所示。该模型中，桥塔与基础固结，主梁节段M₀与桥塔固结且容重设置为5.2×10⁷N/m³，主梁节段M₁和主梁节段M₂的容重设置为0，结构初始温度为0℃。

(2)在上述有限元模型上施加主梁节段M₀的自重G₀，得到主梁节段M₀自重作用下各端点的挠度值，分别为：端点M₀的挠度值

端点M_0'的挠度值

端点M₁的挠度值

端点M₂的挠度值

基于温度场全寿命预测方法，得到主梁节段M₀右端斜拉索L₀张拉时结构整体温度为T₀，各端点的挠度分别为

则温度变化引起的各端点挠度的变化量分别为

在结构温度为T₀时，主梁节段M₀右端斜拉索L₀，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加初拉力W₀＝230N，得到该斜拉索回缩后的索力值为F₀＝85.081N，各端点的挠度分别为

则可得到主梁节段M₀右端斜拉索L₀张拉对各端点的挠度影响系数分别为

主梁节段M₀左端斜拉索L_0'张拉时模型结构温度为T₀'，各端点挠度分别为

斜拉索L₀的索力为

则温度由T₀变化为T_0'引起的各端点的第三挠度变化量分别为

在结构整体温度为T₀'时，安装主梁节段M₀左端斜拉索L_0'，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力W_0'＝230N，得斜拉索L_0'回缩后的索力值为F₀'＝229.636N，斜拉索L₀的索力值为

各端点的挠度分别为

则可得到斜拉索L_0'张拉对各端点的挠度影响系数分别为

依此，得到拼装主梁节段M₁由于自重引起的各端点的第二挠度变化量分别为

温度由T₀'变为T₁引起的各端点的第一挠度变化量分别为

温度由T₁变为T₁'引起的各端点的第三挠度变化量分别为

主梁节段M₁上斜拉索L₁张拉对各端点的挠度影响系数分别为

得到拼装主梁节段M₂由于自重引起的各端点的第二挠度变化量分别为

温度由T₁'变为T₂引起的各端点的第一挠度变化量分别为

温度由T₂变为T₂'引起的各端点的第三挠度变化量分别为

主梁节段M₂上斜拉索L₂张拉对各端点的挠度影响系数分别为

(3)成桥后期望状态为各端点的期望挠度值分别为H₀＝0.02m,H_0'＝0.02m,H₁＝0,H₂＝0，建立4个挠度方程，得到挠度方程组，如下：

利用消元法求解出各斜拉索的索力目标值：

X₀＝481.943N,X_0'＝1285.974N,X₁＝179.814N,X₂＝213.264N。

(4)在MIDAS软件中，模拟实际施工过程，先进行桥塔和主梁节段M₀施工，桥塔底部与基础固结，主梁节段M₀与桥塔固结；安装斜拉索L₀及其索力传感器并张拉，调节索力至481.943N；安装斜拉索L_0'及其索力传感器并张拉，调节索力至1285.974N；安装斜拉索L₁及其索力传感器并张拉，调节索力至179.814N；安装斜拉索L₂及其索力传感器并张拉，调节索力至213.264N。

如图2所示，成桥后各端点的挠度分别为H₀'＝0.01962m,H_0’’＝0.01995m,H₁'＝-0.00006m,H₂'＝-0.00073m，与期望挠度值之间的误差在合理范围内，由此说明采用本发明实施例方法进行施工，成桥状态符合期望状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10、建立待建斜拉桥的有限元模型；所述有限元模型包括n根主梁节段M_i,i＝0,1,…,n-1和n+1根斜拉索L_j,j＝0,0',1,…,m，所述斜拉索分别安装在主梁节段的n+1个端点D_h,h＝0,0',1,…,m上，m＝n-1；

步骤20、根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，依次计算得到每个主梁节段的挠度参数和索力参数；

所述挠度参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各端点的第一挠度变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各端点的第二挠度变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对各端点的挠度影响系数；

所述索力参数包括每拼装一根主梁节段时由于温度变化引起的各斜拉索的第一索力变化量，拼装所述主梁节段时由于自重引起的各斜拉索的第二索力变化量，张拉所述主梁节段上的斜拉索时由于温度变化引起的其它斜拉索的第三索力变化量，以及张拉所述主梁节段上的斜拉索时对其它斜拉索的索力影响系数；

步骤30、根据成桥后期望状态，结合所述挠度参数和索力参数，求解得到n+1根斜拉索的索力目标值；

步骤40、采用对称悬臂拼装法进行施工，施工过程中每安装一根斜拉索，将所述斜拉索的索力调节至所述斜拉索的索力目标值。

2.根据权利要求1所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤10具体包括：

参照待建斜拉桥的桥梁尺寸，使用有限元分析软件，采用对称悬臂拼装法建立待建斜拉桥的有限元模型。

3.根据权利要求1所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M_r时由于温度变化引起的各端点的第二挠度变化量和各斜拉索的第二索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到拼装主梁节段M_r时有限元模型的整体温度为T_r，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到温度由T_r-1'变为T_r引起的各端点的第二挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第二索力变化量分别为：

4.根据权利要求3所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到拼装主梁节段M_r时由于自重引起的各端点的第一挠度变化量和各斜拉索的第一索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

在所述有限元模型上施加主梁节段M_r的自重G_r，采用有限元模拟分析方法分析得到各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

计算得到拼装主梁节段M_r时由自重引起的各端点的第一挠度变化量分别为：

引起的各斜拉索的第一索力变化量分别为：

5.根据权利要求4所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时由于温度变化引起的各端点的第三挠度变化量和其它斜拉索的第三索力变化量，r表示大于等于1的整数，具体包括：

根据所述有限元模型，采用温度场全寿命模拟方法，预测得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时温度为T_r'，采用有限元模拟分析方法分析得到温度为T_r'时各端点的挠度分别为

各斜拉索的索力分别为

温度由T_r变为T_r'引起的各端点的第三挠度变化量分别为：

引起的其它斜拉索的第三索力变化量分别为：

6.根据权利要求5所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤20中，根据所述有限元模型，采用有限元模拟分析方法，计算得到张拉主梁节段M_r上的斜拉索L_r时对各端点的挠度影响系数和对其它斜拉索的索力影响系数，r表示大于等于1的整数，具体包括：

在所述有限元模型中对主梁节段M_r上的斜拉索L_r施加初拉力，斜拉索L_r在主梁节段M_r上的锚固点为D_r，采用有限元模拟分析方法分析得到斜拉索L_r回缩后的索力为F_r，其它斜拉索的索力分别为

以及各端点的挠度分别为

计算得到主梁节段M_r上斜拉索L_r张拉对各端点的挠度影响系数分别为：

对其它斜拉索的索力影响系数分别为：

7.根据权利要求1所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤30具体包括：

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，得到挠度方程组，求解挠度方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m；

如果成桥后期望状态为各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到索力方程组，求解索力方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m；

如果成桥后期望状态为各端点的挠度值等于期望挠度值且各斜拉索的索力值等于期望索力值，结合所述期望挠度值、第一挠度变化量、第二挠度变化量、第三挠度变化量和挠度影响系数，建立n+1个挠度方程，结合所述期望索力值、第一索力变化量、第二索力变化量、第三索力变化量和索力影响系数，建立n+1个索力方程，得到挠度-索力方程组，求解挠度-索力方程组得到斜拉索的索力目标值X_e,e＝0,0',1,…,m。

8.根据权利要求7所述的塔梁固结体系斜拉桥的悬臂拼装施工方法，其特征在于，所述步骤40具体包括：

将主梁节段M₀与桥塔固结，在主梁桥段M₀的端点D₀处安装斜拉索L₀，在斜拉索L₀上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₀的索力值至索力目标值X₀；

在主梁桥段M₀的端点D_0'处安装斜拉索L_0'，在斜拉索L_0'上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_0'的索力值至索力目标值X_0'；

在主梁桥段M₀的端点D₀处拼装主梁桥段M₁，在主梁桥段M₁的端点D₁处安装斜拉索L₁，在斜拉索L₁上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₁的索力值至索力目标值X₁；

在主梁节段M₀的端点D_0'处拼装主梁桥段M₂，在主梁桥段M₂的端点D₂处安装斜拉索L₂，在斜拉索L₂上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L₂的索力值至索力目标值X₂；

依此拼装，直至在主梁节段M_n-1的端点D_m处安装斜拉索L_m，在斜拉索L_m上安装索力传感器并张拉，调节斜拉索L_m的索力值至索力目标值X_m。

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