CN114855586A

CN114855586A - 钢板带悬桥结构、施工胎架的线形确定方法及施工方法

Info

Publication number: CN114855586A
Application number: CN202210478435.1A
Authority: CN
Inventors: 张义; 董华
Original assignee: First Construction Co Ltd of China Construction Third Engineering Division
Current assignee: First Construction Co Ltd of China Construction Third Engineering Division
Priority date: 2022-04-30
Filing date: 2022-04-30
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2042-04-30
Also published as: CN114855586B

Abstract

本申请涉及桥梁技术领域，提供一种钢板带悬桥结构、施工胎架的线形确定方法及施工方法。钢板带悬桥结构的线形确定方法，包括以下步骤：忽略钢板带的刚度，基于精确悬链线理论计算出钢板带的初始无应力长度；建立钢板带悬桥结构的有限元模型，以钢板带的成桥线形为目标，通过蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度；将获得的目标无应力长度代入钢板带悬桥结构的有限元模型，以获得精确的钢板带成桥线形。本发明的有益效果是：简化了钢板带无应力长度的计算方法，且确保了计算结果的准确性。确保了施工后的钢板带悬桥结构线形符合设计要求，缩短了施工周期。

Description

钢板带悬桥结构、施工胎架的线形确定方法及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁设计技术领域，具体涉及一种钢板带悬桥结构、施工胎架的线形确定方法及施工方法。

背景技术

悬索桥，又称吊桥或悬桥，主要包括吊杆、桥面和缆索，缆索作为主要的承重构件，缆索的两端通过锚索装置锚固于两岸，缆索上安装有多个吊杆，并通过吊杆连接桥面。钢板带悬桥，主要包括钢板带和设置在钢板带上的桥面混凝土结构。钢板带的两端通过锚固装置锚固于两岸。与传统的悬桥相比，钢板带悬桥结构体系其主要特点是在竖向荷载下主要受拉力，在水平方向能够承受风荷载和地震荷载产生的平面外弯矩，从而使得结构的力学状态更加科学合理。钢板带悬桥通常被作为观景桥使用，其线形要求较高，需要保证施工后的钢板带悬桥结构的线形与设计阶段要求的线形保持一致或误差在允许范围内，因此需要精确控制钢板带悬桥的钢板带无应力长度，然而目前的钢板带无应力长度通常采用估算方法确定，精度低，影响最终的成桥线形。

发明内容

本发明的目的在于提出一种钢板带悬桥结构、施工胎架的线形确定方法及施工方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提出一种钢板带悬桥结构的线形确定方法，包括以下步骤：

忽略钢板带的刚度，基于精确悬链线理论计算出钢板带的初始无应力长度；基于计算出的钢板带的初始无应力长度，建立钢板带悬桥结构的有限元模型，以钢板带的成桥线形为目标，通过蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度；将所述获得的目标无应力长度代入钢板带悬桥结构的有限元模型，使钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形满足要求，以获得精确的钢板带成桥线形。

进一步地，计算所述钢板带的初始无应力长度的步骤包括：

设定所述钢板带的线形为悬链线，并具有n个节点，将所述钢板带划分为基于悬链线理论的n-1个单元，其中，第1个单元和第n-1个单元为转向块单元，第2个单元至第n-2个单元为钢板带单元；基于悬链线理论，推导出每个钢板带单元的悬链线方程和柔度矩阵，对柔度矩阵求逆，得到钢板带单元的切线刚度矩阵，再进一步推导出钢板带单元的增量方程：

△F_c＝K_c△u_c+k_cL△L₀

式中，△F_c-节点力增量向量；K_c-不计无应力长度变化时钢板带单元的切线刚度矩阵；△u_c-节点的位移增量向量；k_cL-钢板带单元无应力长度变化对切线刚度矩阵的影响向量；△L₀-钢板带单元的无应力长度变化量；

依据钢板带的纵向线形来控制钢板带在成桥时的内力及几何信息，计算出钢板带的无应力长度。

进一步地，所述依据钢板带的纵向线形来控制钢板带在成桥时的内力及几何信息，计算出钢板带的无应力长度的步骤包括：

获得初始条件，其中，所述初始条件包括转向块的几何信息、桥面风铃的自重、桥面风铃在钢板带上的挂点坐标以及钢板带的跨中垂点竖向坐标；

将所述转向块单元的分析求解转化为由悬链线方程所控制的单悬索公式进行计算；

考虑桥面风铃的作用，依次计算出各个钢板带单元的无应力长度，内力及坐标，从而得到钢板带的初始无应力长度。

进一步地，建立钢板带悬桥结构的有限元模型的过程中，控制相邻的钢板带单元的夹角不超过3度。

进一步地，所述蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度的步骤包括：

随机采用链式觅食策略或螺旋觅食策略更新钢板带的无应力长度；

采用翻滚觅食策略进一步更新钢板带的无应力长度；

利用Death penalty方法作为约束处理技术，以钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形满足要求为目标，得到钢板带的无应力长度的全局最优解，将该全局最优解作为钢板带的目标无应力长度。

第二方面，本发明提出一种钢板带悬桥结构的施工胎架的线形确定方法，包括以下步骤：

先确定钢板带悬桥结构的线形：忽略钢板带的刚度，基于精确悬链线理论计算出钢板带的初始无应力长度；基于计算出的钢板带的初始无应力长度，建立钢板带悬桥结构的有限元模型，以钢板带的成桥线形为目标，通过蝠鲼觅食优化算法对钢板带的初始无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度；将所述获得的目标无应力长度代入钢板带悬桥结构的有限元模型，使钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形满足要求，以获得精考虑钢板带自重的第一成桥线形和不考虑钢板带自重的第二成桥线形；

再确定钢板带悬桥结构的施工胎架的线形：对所述第一成桥线形和所述第二成桥线形进行求差，得到所述钢板带悬桥结构的施工胎架的架设线形。

第三方面，本发明提出一种钢板带悬桥结构的施工方法，包括以下步骤：

以所述的施工胎架的线形确定方法确定的施工胎架的架设线形为目标，进行施工胎架的施工，使施工胎架的顶端支撑面的线形满足要求；

以所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法获得的钢板带目标无应力长度为预制目标，进行钢板带的预制，使预制的钢板带的长度满足要求；

将预制的钢板带铺设在施工胎架的顶端支撑面上，完成钢板带的成桥施工，使钢板带的成桥线形满足要求；

将桥面混凝土预制板安装在所述钢板带上；

拆除施工胎架。

进一步地，所述施工胎架的拆除步骤包括：

在施工胎架的顶端设置定滑轮，并利用卷扬机钢丝绳绕过定滑轮后与待拆除斜撑的顶端连接，利用牵引绳与待拆除斜撑的底端连接，将待拆除斜撑与标准节分离后，调整卷扬机钢丝绳和牵引绳的收放长度，将该斜撑下放至地面，完成该斜撑的拆除。

进一步地，所述施工胎架的拆除步骤还包括：在钢板带上设置措施梁，将吊钩与措施梁连接，吊钩下方设置定滑轮，利用卷扬机钢丝绳绕过定滑轮后在卷扬机钢丝绳末端设置吊装钢丝绳，使吊装钢丝绳与待拆除支撑标准节连接，将待拆除支撑标准节下放至地面，完成该待拆除支撑标准节的拆除。

进一步地，所述施工胎架的拆除步骤还包括：在待拆除支撑标准节上连接地面拉缆绳，以配合卷扬机钢丝绳同步调整待拆除支撑标准节的高度，并利用地面拉缆绳保持待拆除支撑标准节稳定。

本发明的有益效果是：通过先忽略钢板带的刚度，基于精确悬链线理论计算出钢板带的初始无应力长度，再基于钢板带的初始无应力长度进行有限元建模分析，通过蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带精确的目标无应力长度；最终结合有限元模型，以获得精确的钢板带成桥线形。不仅简化了钢板带无应力长度的计算方法，且确保了计算结果的准确性。通过将钢板带成桥线形的考虑钢板带自重的第一成桥线形和不考虑钢板带自重的第二成桥线形的线形差作为钢板带悬桥结构的施工胎架的架设线形，不仅确保了施工后的钢板带悬桥结构线形符合设计要求，而且简化了施工流程，缩短了施工周期，提高了施工质量。

附图说明

图1为本发明钢板带悬桥结构的线形确定方法的流程示意图。

图2为本发明钢板带单元悬链线示意图。

图3为本发明的钢板带几何参数及内力示意图。

图4为本发明的钢板带与转向块接触关系示意图。

图5为本发明的有限元模型中若干个钢板带单元的夹角示意图。

图6为本发明的施工胎架线形架设示意图。

图7为本发明的钢板带分段焊接平面图。

图8为本发明的施工胎架的斜撑拆除示意图。

图9为本发明的施工胎架的支撑标准节拆除示意图。

图10为本发明的钢板带初始态及成桥轴线示意图。

图中及式中：100-钢板带；10-钢板带单元；20-节点；30-焊接接缝；200-施工胎架；210-斜撑；220-定滑轮；230-卷扬机钢丝绳；240-牵引绳；250-标准节；260-措施梁；270-吊装钢丝绳；280-地面拉缆绳；300-桥面混凝土预制板；

F₁ ^e-第1个节点处的节点力；

-第2个节点处的节点力；

-第1个节点处的坐标；

-第2个节点处的坐标；w-钢板带单元的线重度；

-钢板带单元的无应力长度；E-钢板带的弹性模量；A-钢板带的截面面积；△F_c-节点力增量向量；K_c-不计无应力长度变化时钢板带单元的切线刚度矩阵；△u_c-节点的位移增量向量；l_s-钢板带ABC无应力长度；r₁、r₂-转向块曲线半径；θ₁-转向块与顶点的交角；θ₂-钢板带不动点与顶点的交角；F_i ^h-桥面风铃的自重(i＝2～n-1，n为钢板带划分的总节点数)；z_sag-钢板带跨中垂点在竖直方向的坐标；点A-钢板带在转向块固定点；点B-钢板带在转向块切点；θ₀-钢板带OA段与Z轴夹角；θ-钢板带OB段与Z轴夹角；T-B点处钢板带张力；l_ab-钢板带AB段无应力长度；l_bc-钢板带BC段的无应力长度；k_cL-钢板带单元无应力长度变化对切线刚度矩阵的影响向量；△L₀-钢板带单元的无应力长度变化量。

具体实施方式

以下结合附图1至附图6和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

在桥梁(即本实施例的钢板带悬桥)设计阶段，由于钢板带悬桥的模型是基于结构变形后状态所建立的，而这个状态通常由成桥状态钢板带的几何构形所确定，因此钢板带悬桥与一般的框架结构桥梁相比较，其在建模过程的最大不同之处是：与钢板带初始平衡状态相关的参数除与钢板带节点坐标有关之外，还与钢板带的无应力长度及在初始平衡状态的内力有关联。通过人为指定成桥状态，然后通过调整钢板带的轴向拉力，从而达到钢板带拉力和自重平衡的状态，钢板带初始平衡状态是通过释放重力，使钢板带在其拉力作用下回弹，直到钢板带的拉力为零的状态。

需要说明的是，钢板带悬桥结构包括多段钢板带，每段钢板带单独进行无应力长度的确定，然后分别单独进行预制，多段预制后的钢板带铺设在施工胎架上，进行多段钢板带的拼接施工，拼接后形成钢板带悬桥结构的桥面，并在其上端安装桥面混凝土预制板，最后再拆除施工胎架。因此，需要确定施工胎架的线形前，需要先确定钢板带悬桥结构的线形，而在确定钢板带悬桥结构的线形之前，需要先确定钢板带悬桥结构的各段钢板带的无应力长度。

另外，本实施例的钢板带悬桥结构至少包括钢板带和转向块。优选还包括风铃。进一步优选还包括桥面混凝土预制板。转向块设置在钢板带的两端，且转向块设置在桥墩的顶端。风铃属于附属装饰，挂设在钢板带上。

本实施例提出的钢板带悬桥结构的线形确定方法，包括以下步骤：

其中，计算所述钢板带的初始无应力长度的步骤包括：

△F_c＝K_c△u_c+k_cL△L₀

式中，△F_c-节点力增量向量；K_c-不计无应力长度变化时钢板带单元的切线刚度矩阵；△u_c-节点的位移增量向量；k_cL-索单元无应力长度变化对切线刚度矩阵的影响向量；△L₀-索单元的无应力长度变化量；

另外，建立钢板带悬桥结构的有限元模型的过程中，需限定相邻的钢板带单元的夹角不超过3度。

蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度的步骤包括：

采用翻滚觅食策略进一步更新钢板带的无应力长度；

在一个实施例中，钢板带悬桥结构的线形确定方法的具体步骤如下：

由于钢板带具备一定的抗弯刚度，因此在计算钢板带的初始无应力长度时，应利用板单元进行计算，但利用板单元计算其初始无应力长度时存在较大困难，故在本实施例利用索单元对其进行简化。

设定钢板带的线形为悬链线，并具有n个节点，将所述钢板带划分为基于悬链线理论的n-1个单元，其中，第1个单元和第n-1个单元为转向块单元，第2个单元至第n-2个单元为钢板带单元。

如图2所示的悬链线索单元e(或称钢板带单元)，假定钢板带是完全柔性的，且自重沿其长度分布，根据悬链线理论，得到下述两个方程：(式1和式2)

式1中

的表达式如式3，式4所示：

表示索单元两节点间的位置关系与其无应力长度、左端节点力之间的函数；

分别表示其在x、y方向的分量。第1个节点处的张力T₁和第2个节点处的张力T₂分别用

表示。在计算过程中，为了消除钢板带单元在水平方向的投影长度为零时使计算难度大大增加的影响，可以对式4进行泰勒展开，来获得

简化后的表达式：

对式5求偏导，在获取钢板带单元的柔度矩阵后，再对其求逆可以求出钢板带单元的切线刚度矩阵，将如下述的节点力关系考虑在内：

结合单元的切线刚度矩阵，通过进一步的推导得到基于悬链线理论的钢板带单元的增量方程为：

或将上式简述为：

△F_c＝K_c△u_c+k_cL△L₀ (式7)

式中，△F_c-节点力增量向量；K_c-不计无应力长度变化时钢板带单元的切线刚度矩阵；△u_c-节点的位移增量向量；k_cL-钢板带单元无应力长度变化对切线刚度矩阵的影响向量；△L₀-钢板带单元的无应力长度变化量。增量方程中，切线刚度矩阵K_c及k_cL通过上述过程求出，均视作已知量。当采用式6或式7所示的钢板带单元进行有限元分析前，需要指定在初始条件下钢板带单元的初始内力和无应力长度，也视作已知量。

基于优化理论的钢板带找形分析方法，在桥梁的设计阶段，依据钢板带的纵向线形来控制钢板带在成桥时的内力及几何信息，计算出钢板带的无应力长度。

获得初始条件或初始信息，其中，所述初始条件或初始信息包括转向块的几何信息、桥面风铃的自重(桥面附属荷载参数)、桥面风铃在钢板带上的挂点坐标

(i＝2～n-1)以及钢板带的跨中垂点竖向坐标。

结合图3所示，第1个单元和第n-1个单元为转向块单元，第2个单元至第n-2个单元均为钢板带单元。由上述式1和式2可知，一个单独的钢板带单元可看作由5个变量(F_x,F_y,x^e,y^e,L₀)以及两个非线性方程所决定。因此，只需根据外界条件，任意给出其中的三个变量数据或是约束，就可以将钢板带整体(即第2个至第n-2个钢板带单元)的几何坐标以及结构内力确定。根据初始条件或初始信息，对于钢板带整体而言，如图3.d所示，已知钢板带的跨中垂点竖向坐标z_sag、每个钢板带单元在水平面内的投影长度x^e、不考虑转向块作用下的钢板带首尾两个节点的坐标。对于任何给定图3.d所示钢板带试探值

(下标代表单元的编号，上标代表各个节点的位置)的情况，考虑按照式1和式2，可以顺次从第2个单元计算至第n-2个单元，每个单元的坐标(几何信息)和内力数据均可以计算得到，当假设当前的跨中垂点竖向坐标z_sag和末尾节点的竖向坐标不相等时，则利用Newton-Raphson方法来进行反复的迭代，直到能够找到满足初始条件的试探值时，迭代停止。在此所选取的试探值为初始的单元节点内力，给定初始试探值后，可根据式1和式2开始进行计算，并通过反复迭代得到最终的精确解。

转向块的主要作用是使钢板带能够沿着具备一定弧度的曲面转变方向，并且其能够传递钢板带的张力。由于将钢板带视为一个柔性构件，因此在施加不同荷载的情况下，转向块与钢板带之间切点的位置也将随之而变。为了能够更好的分析钢板带和转向块之间的接触关系，以如图4所示钢板带与转向快接触关系为例，规定：角度以逆时针方向为正；钢板带的张力以拉为正；张力分量的方向与坐标轴方向相同时视为正值。

B点处钢板带张力为T，假设OB切向方向与T相同，且忽略转向块与钢板带的摩擦，那么：

l_bc＝l_s-l_ab (式9)

在钢板带、转向块的接触过程中，若在钢板带自重的作用下，BC的平衡状态已知，并且假设在转向块上，B点的切线方向与T的方向相同，不难得出：

x_a＝x_b-r(sinθ+sinθ₀) (式11)

z_a＝z_b-r(cosθ-cosθ₀) (式12)

此时，根据式8和式9，将转向块与钢板带连接位置的分析求解转化为由式1和式2所控制的单悬索公式进行计算。

考虑桥面风铃的作用，如图3.c、图3.d所示，由于第1个单元和第n-1个单元为转向块单元，以第2个节点和第3个节点之间的第2个单元为例，该第2个单元即第一个钢板带单元。根据第2个节点的平衡条件，可知：

以F₁＝F₁ ²，F₃＝F₃ ²，

为初值，通过式1可以计算得到第2个单元的无应力长度s₂，张力

及z坐标

如此循环往复，直到将整个图3.d所示的钢板带单元全部计算完毕。

如图6所示，建立钢板带悬桥结构的有限元模型的过程中，相邻钢板带单元的夹角会很大程度上影响结果，故当需要输出比较精确的结果时，相邻钢板带单元的夹角应不超过3度，作为优选，夹角应介于2-3度之间。

蝠鲼觅食优化算法通过模拟大型海洋生物蝠鲼通过链式、螺旋式和翻滚式三种策略的觅食过程，可以准确的在复杂解空间中搜索到群体最优解。为了得到更精确的钢板带无应力长度数值，采用优化算法与有限元模型结合，对钢板带的无应力长度进行优化，并可同时确保算法稳定的收敛性能和搜索精度。

建立钢板带悬桥结构的有限元模型，输入由上文所计算的钢板带初始无应力长度，即优化算法中的当前位置。以钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形为零作为约束条件，通过不同的觅食策略，得到钢板带的无应力长度的全局最优解，将该全局最优解作为钢板带的目标无应力长度。蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化的步骤具体包括：

随机采用链式觅食策略或螺旋觅食策略更新钢板带的无应力长度。

若认为群体最优既为食物的位置，该阶段则以食物和前一条蝠鲼的位置为目标更新位置。先生成一个随机数，当r₁大于0.5时，采用链式觅食策略公式14对钢板带的无应力长度进行更新：

式中，r为[0，1]内一随机数，i表示第i个体；x表示个体所在的位置；t表示当前迭代步数；α为权重系数，

x_i(t)、x_i(t+1)、x_best分别为当前位置、更新后位置和全局最优位置。

否则采取螺旋觅食策略更新当前位置，为了提高算法的全局搜索能力，螺旋觅食策略又分为两种情况式15和式17：

x_rand＝x₁+rand·(x_u-x_l) (式16)

当t/T<r₂时，采用式15，否则采用式17。T为最大迭代次数；

其余同上。

采用翻滚觅食策略进一步更新钢板带的无应力长度。

该更新过程只与上一次蝠鲼以及食物的位置有关，蝠鲼将围绕食物的位置作翻转运动。

x_i(t+1)＝x_i(t)+S·(r₂·x_best-r₃·x_i(t)) (式18)

式中，S为决定蝠鲼翻滚强度的翻滚因子，为定常数，一般取2。r2、r3均为[0，1]内一随机数。

利用罚函数法作为钢板带悬桥拉力优化的约束处理技术，其思想是给违反约束的解施加一个惩罚系数加入目标函数中。

式中：f(x)为优化目标函数；

是约束函数；λ为惩罚因子。

Death penalty方法，将惩罚因子取为无穷大，拒绝一切不可行解，要求是初始化设计时需要在可行域内生成。基于结构优化的特点，以钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形为零作为目标，优先计算其目标函数值，当目标函数值优于当前最优时，才计算其约束函数值再做进一步判断，以提高搜索效率，最终获得钢板带的无应力长度的全局最优解。

需要说明的是，钢板带悬桥结构的线形确定方法获得的精确的钢板带成桥线形包括考虑钢板带自重的第一成桥线形和不考虑钢板带自重的第二成桥线形。

本实施例还提出钢板带悬桥结构的施工胎架的线形确定方法，包括上述的钢板带悬桥结构的线形确定方法，其中，所述精确的钢板带成桥线形包括考虑钢板带自重的第一成桥线形和不考虑钢板带自重的第二成桥线形，将所述第一成桥线形与所述第二成桥线形的线形差作为所述钢板带悬桥结构的施工胎架的架设线形。

考虑钢板带自重的情况下，其成桥线形即第一成桥线形在竖向的变形较大，不考虑钢板带自重的情况下，其成桥线形即第二成桥线形将会较为平缓，而施工胎架的架设线形需在两者之间。

本实施例还提出一种钢板带悬桥结构的施工方法，包括以下步骤：

钢板带的预制：

以上述钢板带悬桥结构的线形确定方法获得的钢板带目标无应力长度为预制目标，进行钢板带的预制，使预制的钢板带的长度满足要求。即预制工厂进行钢板带预制时，钢板带出厂长度即为上述方法确定的钢板带目标无应力长度。本实施例中，在工厂预制阶段将钢板带分为十四段，最大长度9m，最大重量4.8t。

钢板带的安装：

以计算出的架设线形为目标进行施工胎架的架设施工，通过桥面正上方安装的索道吊装，桥面下方布置的施工胎架控制钢板带线型，保证结构的安全和质量要求，施工胎架搭设示意图如图6。为避免吊装过程在自重荷载下出现下挠变形，因此在安装钢板带时必须搭设临时支撑保持桥面形态。安装第四段钢板带时，开始焊接第一段和第二段钢板带的对接焊缝，为提高钢板带焊缝处的强度和机械咬合力，分段焊接连接节点采用如图7所示横向折线形焊缝，同法完成其他段钢板带的安装。施工完成后的钢板带的成桥线形即上述方法获得的精确的钢板带成桥线形。最后，将桥面混凝土预制板安装在所述钢板带上，同时可进行风铃的安装。

钢板带支撑卸载：

主跨钢板带支撑点共设置16个，其中8个为卸载支撑点，每个支撑点由2个手拉葫芦卸载。卸载时进行变形观测，发现有变形大的部位，立即停止卸载。卸载时，分步之间必须有一定的时间间隔(控制在1小时左右)，待整体变形完成后再进行下一步的卸载，保证结构的整体变形是缓慢进行的。每次卸载50mm，每一阶段中各点的卸载分批次进行，缓慢的控制卸载高度，可以满足同时均匀受力。

施工胎架拆除：

在高强度钢板带焊接完成且桥面混凝土预制板铺装完成后，进行钢板带下方的施工胎架拆除工作，施工胎架拆除采用上方索吊和电动葫芦两种设备进行，两种设备的拆除做法示意图如图8、图9。

如图8所示为施工胎架的斜撑拆除示意图。施工胎架的顶端设置定滑轮，并利用卷扬机钢丝绳绕过定滑轮后与待拆除斜撑的顶端连接，利用牵引绳与待拆除斜撑的底端连接，将待拆除斜撑与标准节分离后，调整卷扬机钢丝绳和牵引绳的收放长度，将该斜撑下放至地面，完成该斜撑的拆除。

图9为本发明的施工胎架的支撑标准节拆除示意图，在钢板带上设置措施梁，将吊钩与措施梁连接，吊钩下方设置定滑轮，卷扬机钢丝绳绕过定滑轮后设置吊装钢丝绳，吊装钢丝绳与待拆除支撑标准节连接。另外，在支撑标准节上连接地面拉缆绳，以配合卷扬机钢丝绳同步调整支撑标准节的高度，将支撑标准节下放至地面，完成支撑标准节的拆除。地面拉缆绳可保持支撑标准节下放或起吊过程的平衡。

具体工程应用实例：以深圳光明新区悬桥为例，介绍钢板带悬桥结构、施工胎架的线性确定方法及施工方法。

如图10所示为钢板带的初始态及成桥轴线示意图，钢板带的初始态轴线即为本文所述的施工胎架的架设线形。通过上述公式及优化算法求得钢板带无应力长度并确定各个监控点的点相对坐标，可为工厂预制钢板带提供依据。如表1所示为钢板带的初始态轴线坐标，将悬桥共划分为108个监控点，预应力锚索张拉后，根据各个监控点的初始态轴线坐标来架设施工胎架，安装钢斜撑及钢板带。在安装过程中需对初始状态进行监控，使其误差不大于±10mm。

表1钢板带初始态轴线坐标(单位:mm)

钢板带的成桥轴线即为预制混凝土板安装完毕，拆除临时支撑卸载并安装栏杆、风铃等装修后的钢板带悬桥最终线形。通过蝠鲼觅食优化算法，以钢板带的成桥轴线为目标，可对其无应力长度进行优化，同时获得更好的施工胎架架设线形。在施工过程中，需对悬桥的各项参数进行监控，以确保最终成桥线形的准确性，如表2所示为钢板带各监控点成桥轴线坐标。需监控的参数如下：对成桥状态进行监控，各点最大竖向位移误差不大于±10mm；对支撑处的位移进行监控，相对初始状态支撑处的水平位移不能大于12mm；对桥台的水平位移进行监控，在锚索张拉过程中以及张拉完成和成桥后桥台的位移误差须控制在±10mm内。由于钢板带的无应力长度、钢板带的成桥线形、施工胎架的架设线形被提前计算确定，因此以计算出的架设线形为目标进行施工胎架的架设施工，可有效提高施工效率，避免不必要的施工步骤或结构调整，缩短施工周期。也可保证施工后堆叠钢板带悬桥成桥线形符合设计要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种钢板带悬桥结构的线形确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

忽略钢板带的刚度，基于精确悬链线理论计算出钢板带的初始无应力长度；

基于计算出的钢板带的初始无应力长度，建立钢板带悬桥结构的有限元模型，以钢板带的成桥线形为目标，通过蝠鲼觅食优化算法对钢板带的初始无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度；

将所述获得的目标无应力长度代入钢板带悬桥结构的有限元模型，使钢板带悬桥结构在恒载作用下的变形满足要求，以获得精确的钢板带成桥线形。

2.如权利要求1所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法，其特征在于，计算所述钢板带的初始无应力长度的步骤包括：

△F_c＝K_c△u_c+k_cL△L₀

依据钢板带的纵向线形来控制钢板带在成桥时的内力及几何信息，计算出钢板带的初始无应力长度。

3.如权利要求2所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法，其特征在于，所述依据钢板带的纵向线形来控制钢板带在成桥时的内力及几何信息，计算出钢板带的初始无应力长度的步骤包括：

4.如权利要求2所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法，其特征在于，建立钢板带悬桥结构的有限元模型的过程中，控制相邻的钢板带单元的夹角不超过3度。

5.如权利要求1所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法，其特征在于，所述蝠鲼觅食优化算法对钢板带的无应力长度进行优化，获得钢板带的目标无应力长度的步骤包括：

采用翻滚觅食策略进一步更新钢板带的无应力长度；

6.一种钢板带悬桥结构的施工胎架的线形确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.一种钢板带悬桥结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

以如权利要求6所述的施工胎架的线形确定方法确定的施工胎架的架设线形为目标，进行施工胎架的施工，使施工胎架的顶端支撑面的线形满足要求；

以如权利要求1所述的钢板带悬桥结构的线形确定方法获得的钢板带目标无应力长度为预制目标，进行钢板带的预制，使预制的钢板带的长度满足要求；

将桥面混凝土预制板安装在所述钢板带上；

拆除施工胎架。

8.如权利要求7所述的钢板带悬桥结构的施工方法，其特征在于，所述施工胎架的拆除步骤包括：

9.如权利要求8所述的钢板带悬桥结构的施工方法，其特征在于，所述施工胎架的拆除步骤还包括：在钢板带上设置措施梁，将吊钩与措施梁连接，吊钩下方设置定滑轮，利用卷扬机钢丝绳绕过定滑轮后在卷扬机钢丝绳末端设置吊装钢丝绳，使吊装钢丝绳与待拆除支撑标准节连接，将待拆除支撑标准节下放至地面，完成该待拆除支撑标准节的拆除。

10.如权利要求9所述的钢板带悬桥结构的施工方法，其特征在于，所述施工胎架的拆除步骤还包括：在待拆除支撑标准节上连接地面拉缆绳，以配合卷扬机钢丝绳同步调整待拆除支撑标准节的高度，并利用地面拉缆绳保持待拆除支撑标准节稳定。