CN114808731B - 一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法 - Google Patents

Abstract

一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，涉及桥梁建造技术领域，其包括在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索进行初张拉；按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S。本申请实施例利用索长增量ΔS对斜拉索进行补张拉，补张拉的过程对斜拉索的张拉力产生的影响可以忽略不计。因此，本申请实施例的张拉方法可以在任意环境温度、任意荷载变动条件下进行，并且可以与其他工序同步作业，利于施工组织调整，大大提高了施工效率。

Description

一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法

技术领域

本申请涉及桥梁建造技术领域，特别涉及一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法。

背景技术

随着国民经济快速增长，大跨度桥梁建设发展迅速。对于斜拉桥，斜拉索是改善结构受力的关键。在建设过程中，斜拉索的精准、高效张拉不仅关系到施工周期的长短，而且关系到结构的成桥状态是否达到设计目标状态。由于施工组织及结构受力需要，斜拉索通长进行两次或两次以上的张拉，首次张拉为斜拉索的挂设张拉，也就是初张拉，后续张拉为斜拉索的补张拉，补张拉的目的是将斜拉索的无应力索长调整至设计目标状态对应的无应力索长值。

现有技术中，斜拉索的张拉控制受环境温度影响较大，斜拉索的初张拉和补张拉需在同一温度下进行，因此斜拉索的张拉施工效率较低。

发明内容

本申请实施例提供一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，以解决斜拉索的张拉施工效率低的问题。

一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，包括如下步骤：

在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索进行初张拉；

按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S。

进一步的，在所述在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索进行初张拉之前还包括：

建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索进行张拉；

根据理论计算模型，计算得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索的张拉力变化值T′；

根据第一张拉力T₁和张拉力变化值T′，计算得到斜拉索在实际温度t下的实际张拉力T。

进一步的，所述根据理论计算模型，计算得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索的张拉力变化值T′包括；

根据理论计算模型，计算得到温度变化对斜拉索的张拉力的影响值ΔT；

根据影响值ΔT，得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索的张拉力变化值T′。

进一步的，所述根据理论计算模型，计算得到温度变化对斜拉索的张拉力的影响值ΔT包括；

建立第二温度t₂状态下的斜拉桥的理论计算模型，得到斜拉索在第二温度t₂状态下的第二张拉力T₂；

根据第一温度t₁、第二温度t₂、第一张拉力T₁和第二张拉力T₂，得到温度变化对斜拉索的张拉力的影响值ΔT。

进一步的，在所述按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索的张拉达到目标无应力索长S之前还包括：

建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索进行张拉，得到斜拉索张拉后的第一无应力索长S₁；

调整理论计算模型，得到斜拉索在目标状态下的目标无应力索长S；

根据目标无应力索长S和第一无应力索长S₁，得到索长增量ΔS。

进一步的，所述调整理论计算模型，得到斜拉索在目标状态下的目标无应力索长S还包括：

在理论计算模型中，模拟斜拉桥的施工阶段，使斜拉桥的理论模型为目标状态。

进一步的，所述斜拉索的底端贯穿于锚具，且斜拉索具有伸出锚具的外伸段，所述按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索的张拉达到目标无应力索长包括：

根据外伸段的现有长度L₁和索长增量ΔS，得到斜拉索的外伸段在目标状态下的目标长度L；

按照目标长度L，在斜拉桥的实际结构中，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S。

进一步的，所述按照目标长度L，在斜拉桥的实际结构中，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S包括：

利用千斤顶对斜拉索的外伸段进行拉伸，将外伸段的长度拉伸至目标长度L，完成斜拉索的补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S。

进一步的，所述目标状态为斜拉桥的主梁合龙之后的成桥状态。

进一步的，所述索长增量ΔS的精度为0.001m。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其包括在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索进行初张拉，保证了斜拉索初张拉的精度。再按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索进行补张拉，使斜拉索达到目标无应力索长S，索长增量ΔS较小，利用索长增量ΔS对斜拉索进行补张拉，补张拉的过程对斜拉索的张拉力产生的影响可以忽略不计。因此，本申请实施例的张拉方法可以在任意环境温度、任意荷载变动条件下进行，并且可以与其他工序同步作业，利于施工组织调整，大大提高了施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中的斜拉桥的整体结构示意图；

图2为本申请实施例中的斜拉索、主塔、主梁和吊机的结构示意图；

图3为本申请实施例中的锚杯和螺母的结构示意图。

附图标记：

1、斜拉索1；2、主塔；3、主梁；4、吊机；5、锚杯；6、螺母。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其能解决斜拉索的张拉施工效率低的问题。

如图1所示，一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其包括如下步骤：

S1、在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索1进行初张拉。

S2、按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索1进行补张拉，使斜拉索1达到目标无应力索长S。

具体的，在上述步骤S1中，实际温度t为实际工程中，斜拉桥的斜拉索1进行初张拉时的气温值。在本申请实施例中，斜拉桥的斜拉索1的初张拉时的气温为0℃左右，此时气温对斜拉索1的影响较小，有利于保证斜拉索1初张拉的精确度。上述步骤S1中的初张拉即为斜拉索1的挂设张拉，斜拉索1的初张拉次数通常为一次。

具体的，在上述步骤S2中，由于斜拉索1的长度通常为百米级别，因此无法直接测得斜拉索1的目标无应力索长S，通过索长增量ΔS，对斜拉索1进行补张拉，可以大大减少工作难度和工作量。根据以下公式，可以得到索长增量ΔS对斜拉索1的张拉力的影响：

其中，ΔS为索长增量，ΔT′为索长增量对斜拉索1的张拉力的影响，E为斜拉索1弹性模量，A为斜拉索1的横截面面积。索长增量ΔS较小，通常为mm级别，根据索长增量ΔS对斜拉索1进行补张拉，该补张拉对斜拉索1的张拉力产生的影响可以忽略不计，因此，本申请实施例可以在任意环境温度、任意荷载变动条件下对斜拉索1进行补张拉，提高了施工效率。

具体的，当斜拉索1的数量为多根时，对每根斜拉索1均需要按照上述步骤S1和S2进行初张拉和补张拉。

进一步的，在上述步骤S1之前还包括如下步骤：

S11、建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索1进行张拉。

S12、根据理论计算模型，计算得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索1的张拉力变化值T′。

S13、根据第一张拉力T₁和张拉力变化值T′，计算得到斜拉索1在实际温度t下的实际张拉力T，在斜拉桥的实际结构中，按照实际张拉力T对斜拉索1进行初张拉。

具体的，在上述步骤S11中，在专业的有限元计算软件中建立理论计算模型，并且设定第一温度为t₁，建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型。第一张拉力T₁也为设定值，该设定值应该小于成桥状态时的最终张拉力。在本申请实施例中，第一温度t₁设定为20℃，第一张拉力T₁设定为2800kN。在其他实施例中，第一温度t₁和第一张拉力T₁的设定值可以根据实际情况来设定。此外，通过理论软件计算对实际结构中的斜拉索1进行精确张拉，为后续补张拉做好基础。

具体的，在上述步骤S12中，在理论理算模型中，可以得到第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索1的张拉力变化值T′，理论计算模型的数据可以保证计算精度，因此，本申请实施例的初张拉可以在任何温度下进行，提高施工效率，并且可以保证初张拉的精度。

具体的，在上述步骤S13中，实际张拉力T可以根据如下公式计算：

T＝T₁+T′

进一步的，上述步骤S12包括如下步骤：

S121、根据理论计算模型，计算得到温度变化对斜拉索1的张拉力的影响值ΔT。

S122、根据影响值ΔT，得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索1的张拉力变化值T′。

具体的，上述步骤S122可以根据如下公式计算：

T′＝(t₂-t₁)ΔT

进一步的，上述步骤S121包括如下步骤：

建立第二温度t₂状态下的斜拉桥的理论计算模型，得到斜拉索1在第二温度t₂状态下的第二张拉力T₂。根据第一温度t₁、第二温度t₂、第一张拉力T₁和第二张拉力T₂，得到温度变化对斜拉索1的张拉力的影响值ΔT。

具体的，在上述步骤中，可以在有限元计算软件中，设定第二温度为t₂，重新建立第二温度t₂状态下的斜拉桥的理论计算模型，也可以在第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型中，直接调整温度值为第二温度t₂，得到第二温度t₂状态下的斜拉桥的理论计算模型。由于斜拉索1的张拉力会根据温度得变化而变化，当理论计算模型的温度由t₁变为t₂时，斜拉索1的张拉力也会发生变化，因此，当理论计算模型的温度值调整为第二温度t₂时，斜拉索1的得张拉力变为第二张拉力T₂。通过如下公式，可以计算得到温度变化对斜拉索1的张拉力的影响值ΔT：

由上述公式可知，计算得到的是温度变化1℃对斜拉索1的张拉力的影响值ΔT。在其他实施例中，温度变化也可以不以1℃作为温度变化基准来计算。此外，由上述公式可知，影响值ΔT可以为正值，也可以为负值。

具体的，为了增加影响值ΔT的精度，也可以建立第三温度t₃状态下的斜拉桥的理论计算模型，得到斜拉索1在第三温度t₃状态下的第三张拉力T₃。建立第四温度t₄状态下的斜拉桥的理论计算模型，得到斜拉索1在第四温度t₄状态下的第四张拉力T₄，根据第三温度t₃、第四温度t₄、第三张拉力T₃和第四张拉力T₄，得到温度变化对斜拉索1的张拉力的影响值ΔT₂，再求得影响值ΔT₂与影响值ΔT的平均值，以该平均值作为温度变化对斜拉索1的张拉力的影响值。可知道的是，可以继续建立第五温度t₅状态下的斜拉桥的理论计算模型、第六温度t₆状态下的斜拉桥的理论计算模型等等，该过程可以根据实际情况来确定。

进一步的，在上述步骤S2之前还包括如下步骤：

S21、建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索1进行张拉，得到斜拉索1张拉后的第一无应力索长S₁。

S22、调整理论计算模型，得到斜拉索1在目标状态下的目标无应力索长S。

S23、根据目标无应力索长S和第一无应力索长S₁，得到索长增量ΔS。

具体的，上述步骤S21中，可以重新建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，也可以不重新建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，在步骤S11中，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索1张拉完成后，记录斜拉索1的第一无应力索长S₁。

具体的，斜拉索1的无应力索长与斜拉桥的施工状态有关，根据以下公式可以得到索长增量ΔS：

ΔS＝S-S₁

进一步的，在上述步骤S22中，在理论计算模型中，模拟斜拉桥的施工阶段，使斜拉桥的理论模型为目标状态。

进一步的，在本申请实施例中，上述步骤S22中，目标状态为斜拉桥的主梁3合龙之后的成桥状态。

具体的，在其他实施例中，目标状态可以为斜拉桥施工过程中的其他状态，为了保证斜拉索1张拉到位，通常会在多个状态，对斜拉索1进行多次补张拉。这些状态均可以在理论计算模型中进行模拟。当斜拉索1的数量为多根时，每根斜拉索1的补张拉均单独进行。由于本申请的补张拉可以在任意环境温度、任意荷载变动条件下进行，因此特别是在需要对斜拉索1进行多次补张拉的情况下，可以大大提高施工效率。

进一步的，斜拉索1的底端贯穿于锚具，且斜拉索1具有伸出锚具的外伸段，上述步骤S23还包括如下步骤：

S231、根据外伸段的现有长度L₁和索长增量ΔS，得到斜拉索1的外伸段在目标状态下的目标长度L。

S232、按照目标长度L，对初张拉后的斜拉索1进行补张拉，使斜拉索1的达到目标无应力索长S。

具体的，在上述步骤S24中，在本申请实施例中，上述锚具包括锚杯5和螺母6，斜拉索1贯穿于锚杯5和螺母6，并且斜拉索1具有伸出螺母6的外伸段，该外伸段的现有长度为L₁，通过如下公式得到斜拉索1的外伸段在目标状态下的目标长度L：

L＝L₁+ΔS

具体的，对斜拉索1的底端进行张拉，方便操作，并且便于控制张拉的精度。

进一步的，上述步骤S232还包括如下步骤：

利用千斤顶对斜拉索1的外伸段进行拉伸，将外伸段的长度拉伸至目标长度L，完成斜拉索1的补张拉，使斜拉索1达到目标无应力索长S。

具体的，斜拉索1的底端贯穿出螺母6后，也贯穿于千斤顶，千斤顶可以驱动斜拉索1的外伸段的伸缩，通过千斤顶对下拉索进行拉伸，并同时旋转螺母6。该操作简便，并且可以对张拉的长度进行精确掌握。

进一步的，为了保证斜拉索的补张拉的精度，上述索长增量ΔS的精度为0.001m。

以申请人参与的某项目为例，介绍本申请实施例的具体步骤：

某项目斜拉桥的全桥总长为575m，斜拉桥的结构形式如图1所示。该斜拉桥包括多根斜拉索1、主塔2和主梁3。

如图2所示，一根斜拉索1的施工顺序为：①对该根斜拉索1进行初张拉；②架设主梁3；③对该根斜拉索1进行补张拉；④移动吊机4。采用本申请实施例的方法进行施工，仅需2天时间便可以完成上述工序，大大提高了作业效率，具体步骤为：

步骤1：根据图1建立有限元理论计算模型，在有限元理论计算模型中输入第一温度t₁为20℃。在该理论计算模型中，给予该根斜拉索1第一张拉力T₁为2800kN。并在该理论计算模型中计算出该斜拉索1按照第一张拉力T₁张拉后的第一无应力索长S₁为60.915m。

步骤2：在上述有限元理论计算模型中输入第二温度t₂，并计算出温度变化1℃对该根斜拉索1的张拉力的影响值为-3.8kN。

步骤3：在斜拉桥的实际结构中挂设该根斜拉索1，并对该根斜拉索1进行初张拉，初张拉在夜间恒定温度为0℃时进行，也就是说，实际温度t为0℃，计算得到该斜拉索1在0℃时的实际张拉力T为2876kN。按照2876kN对该根斜拉索1进行张拉，完成该根斜拉索1的初张拉。

步骤4：第二日上午进行主梁3的架设。

步骤5：在上述理论计算模型中，将模型调整为目标状态，保持第一温度t₁为20℃不变，得到该根斜拉索1在目标状态下的目标无应力索长S为60.845m，计算出该根斜拉索1的索长增量ΔS为70mm。

步骤6：第二日下午，在斜拉桥的实际结构中，对该根斜拉索1进行补张拉，如图3所示，该根斜拉索1的底端贯穿出螺母6的外伸段的现有长度L₁为426mm，将现有长度L₁与索长增量ΔS相加，计算得到该根斜拉索1的外伸段的目标长度L为496mm，利用千斤顶，将外伸段的长度拉伸至496mm，并旋转斜拉索1螺母6，完成该根斜拉索1的补张拉。

步骤7：该根斜拉索1的补张拉完成后，移动吊机4至其他位置，便于备用。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，包括如下步骤：

在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索(1)进行初张拉；

按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索(1)进行补张拉，使斜拉索(1)达到目标无应力索长S；

在所述在实际温度t状态下，按照实际张拉力T对斜拉索(1)进行初张拉之前还包括：

建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索(1)进行张拉；

根据理论计算模型，计算得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索(1)的张拉力变化值T′；

根据第一张拉力T₁和张拉力变化值T′，计算得到斜拉索(1)在实际温度t下的实际张拉力T；

在所述按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索(1)进行补张拉，使斜拉索(1)的张拉达到目标无应力索长S之前还包括：

建立第一温度t₁状态下的斜拉桥的理论计算模型，按照第一张拉力T₁对理论计算模型中的斜拉索(1)进行张拉，得到斜拉索(1)张拉后的第一无应力索长S₁；

调整理论计算模型，得到斜拉索(1)在目标状态下的目标无应力索长S；

根据目标无应力索长S和第一无应力索长S₁，得到索长增量ΔS；

所述调整理论计算模型，得到斜拉索(1)在目标状态下的目标无应力索长S还包括：

在理论计算模型中，模拟斜拉桥的施工阶段，使斜拉桥的理论模型为目标状态。

2.如权利要求1所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，所述根据理论计算模型，计算得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索(1)的张拉力变化值T′包括；

根据理论计算模型，计算得到温度变化对斜拉索(1)的张拉力的影响值ΔT；

根据影响值ΔT，得到由第一温度t₁变为实际温度t时，斜拉索(1)的张拉力变化值T′。

3.如权利要求2所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，所述根据理论计算模型，计算得到温度变化对斜拉索(1)的张拉力的影响值ΔT包括；

建立第二温度t₂状态下的斜拉桥的理论计算模型，得到斜拉索(1)在第二温度t₂状态下的第二张拉力T₂；

根据第一温度t₁、第二温度t₂、第一张拉力T₁和第二张拉力T₂，得到温度变化对斜拉索(1)的张拉力的影响值ΔT。

4.如权利要求1所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，所述斜拉索(1)的底端贯穿于锚具，且斜拉索(1)具有伸出锚具的外伸段，所述按照预设的索长增量ΔS，对初张拉后的斜拉索(1)进行补张拉，使斜拉索(1)的张拉达到目标无应力索长包括：

根据外伸段的现有长度L₁和索长增量ΔS，得到斜拉索(1)的外伸段在目标状态下的目标长度L；

按照目标长度L，在斜拉桥的实际结构中，对初张拉后的斜拉索(1)进行补张拉，使斜拉索(1)达到目标无应力索长S。

5.如权利要求4所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于，所述按照目标长度L，在斜拉桥的实际结构中，对初张拉后的斜拉索(1)进行补张拉，使斜拉索(1)达到目标无应力索长S包括：

利用千斤顶对斜拉索(1)的外伸段进行拉伸，将外伸段的长度拉伸至目标长度L，完成斜拉索(1)的补张拉，使斜拉索(1)达到目标无应力索长S。

6.如权利要求1所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于：所述目标状态为斜拉桥的主梁(3)合龙之后的成桥状态。

7.如权利要求1所述的斜拉索索力与索长混合控制张拉方法，其特征在于：所述索长增量ΔS的精度为0.001m。