CN115434247A - 一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统 - Google Patents

一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统，涉及斜拉索安装领域，该方法包括基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整。本发明能够实现斜拉索索力和主梁线形高精度协同控制。

Description

一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统
技术领域
本发明涉及斜拉索安装领域，具体涉及一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统。
背景技术
斜拉索张拉是斜拉桥和斜拉-悬索协作体系桥施工过程中的关键工序，其张拉精度直接影响桥梁结构主梁、主塔线形和内力状态，关系到结构施工安全和最终成桥状态是否满足设计及规范要求，对结构进行全过程施工监控是建设大跨度缆索承重桥梁的必不可少的工作。
现有的斜拉索张拉精度控制技术，是对张拉千斤顶油压进行控制，并在后续斜拉索索力、主梁线形测量，是基于索力的单一控制方法。这种方法受张拉千斤顶本身的精度及实际操作人员的个人习惯等因素影响较大，同时由于实际施工环境风及其他因素均会引起斜拉索振动，进而造成张拉千斤顶油压难以准确把握，实际斜拉索张拉精度离散性相对较大，主梁线形、主塔偏位等关键施工监控指标也难以精确控制，前置工序的误差累积可能会造成后续合龙偏差大、合龙困难，甚至影响结构安全，可见，现有的斜拉索张拉控制方法已很难再适用于桥梁施工。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉索张拉两阶段控制方法及系统，能够实现斜拉索索力和主梁线形高精度协同控制。
为达到以上目的，本发明提供的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，具体包括以下步骤：
基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；
计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；
根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；
根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；
根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
在上述方案的基础上，
所述索力理论值矩阵具体为[F0]＝[F01，F02，…，F0n]T，其中，[F0]表示索力理论值矩阵，F0n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的初张力理论值，n表示当前批次张拉的斜拉索的数量，T表示矩阵转置；
所述主梁线形理论值矩阵具体为[D0]＝[D01，D02，…，D0m]T，其中，[D0]表示主梁线形理论值矩阵，D0m表示第m个主梁线形特征点的竖向位移理论值，m表示主梁线形特征点数量。
在上述方案的基础上，所述计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵，具体步骤为：
以索长增量的形式，逐根对当前批次张拉的斜拉索施加单位拔出量荷载△F，然后获取对应主梁线形特征点的竖向位移增量△Y，从而得到影响矩阵。
在上述方案的基础上，所述影响矩阵具体为：
Figure BDA0003822921030000031
其中，[Y]表示影响矩阵，Ynm表示对第n根斜拉索施加单位拔出量荷载所引起的第m个主梁线形特征点的竖向位移。
在上述方案的基础上，所述根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，具体步骤包括：
根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉；
待第一阶段斜拉索张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到斜拉索索力实测值和主梁线形实测值；
基于得到的斜拉索索力实测值和主梁线形实测值，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵。
在上述方案的基础上，
所述第一阶段索力实测值矩阵为[F1]＝[F11，F12，…，F1n]T，其中，[F1]表示第一阶段索力实测值矩阵，F1n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的索力实测值；
所述第一阶段主梁线形实测值矩阵为[D1]＝[D11，D12，…，D1m]T，其中，D1m表示第m个主梁线形特征点的线形实测值。
在上述方案的基础上，计算得到线形调整矩阵的具体计算公式为：
[D]＝[D0]-[D1]
其中，[D]表示线形调整矩阵。
在上述方案的基础上，计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵的具体计算公式为：
[Y]·[L]＝[D]
其中，[L]表示第二阶段斜拉索索长调整矩阵。
在上述方案的基础上，所述第二阶段斜拉索索长调整矩阵具体为[L]＝[L1，L2，…，Ln]T，其中，Ln表示当前批次张拉的斜拉索，在第二阶段张拉中第n根斜拉索的索长调整量。
本发明提供的一种斜拉索张拉两阶段控制系统，包括：
第一确定模块，其用于基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；
第一计算模块，其用于计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；
第二确定模块，其用于根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；
第二计算模块，其用于根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；
调整模块，其用于根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于斜拉索第一阶段张拉后的实测主梁线形与理论计算线形偏差，通过计算斜拉索单位索长增量荷载对主梁线形和索力的影响，确定第二阶段索长调整增量，对第一阶段斜拉索张拉偏差进行修正，对斜拉索张拉进行索力与索长两阶段控制，即时修正斜拉索张拉偏差，提高初张拉精度，避免误差累积，实现斜拉索索力和主梁线形高精度协同控制。
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为本发明实施例中一种斜拉索张拉两阶段控制方法的流程图。
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。
参见图1所示，本发明实施例提供一种斜拉索张拉两阶段控制方法，基于斜拉索第一阶段张拉后的实测主梁线形与理论计算线形偏差，通过计算斜拉索单位索长增量荷载对主梁线形和索力的影响，确定第二阶段索长调整增量，对第一阶段斜拉索张拉偏差进行修正，通过对斜拉索张拉进行索力与索长两阶段控制，即时修正斜拉索张拉偏差，提高初张拉精度，避免误差累积，实现斜拉索索力和主梁线形高精度协同控制。该斜拉索张拉两阶段控制方法具体包括以下步骤：
S1：基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；
本发明实施例中，索力理论值矩阵具体为[F0]＝[F01，F02，…，F0n]T，其中，[F0]表示索力理论值矩阵，F0n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的初张力理论值，n表示当前批次张拉的斜拉索的数量，T表示矩阵转置。即索力理论值矩阵由当前批次张拉的斜拉索的初张力理论值组成，索力理论值矩阵中各元素的具体顺序可自由确定，只需在实际实施过程中按整体统一的原则确定即可。
本发明实施例中，主梁线形理论值矩阵具体为[D0]＝[D01，D02，…，D0m]T，其中，[D0]表示主梁线形理论值矩阵，D0m表示第m个主梁线形特征点的竖向位移理论值，m表示主梁线形特征点数量。主梁线形理论值矩阵为一个m行1列的矩阵，主梁线形理论值矩阵由主梁线形特征点的竖向位移理论计算值确定。
主梁线形特征点为主梁上需重点关注的、对当前批次张拉斜拉索索力荷载引起的竖向变形较大的点位，一般选择索梁锚固点附近的点位作为主梁线形特征点。
S2：计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；
由理论计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵，具体的，以索长增量的形式，逐根对当前批次张拉的斜拉索施加单位拔出量荷载△F，然后获取对应主梁线形特征点的竖向位移增量△Y，从而得到影响矩阵。即每对一根斜拉索施加单位拔出量荷载，便会有对应的主梁线形特征点发生竖向位移变化。
本发明中，影响矩阵具体为：
Figure BDA0003822921030000061
其中，[Y]表示影响矩阵，Ynm表示对第n根斜拉索施加单位拔出量荷载所引起的第m个主梁线形特征点的竖向位移。
影响矩阵中各行顺序应与步骤S1中斜拉索索力顺序一致，各列应与主梁线形特征点对应。
S3：根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；该步骤具体为：
S301：根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉；
S302：待第一阶段斜拉索张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到斜拉索索力实测值和主梁线形实测值；
S303：基于得到的斜拉索索力实测值和主梁线形实测值，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵。
本发明中，第一阶段索力实测值矩阵为[F1]＝[F11，F12，…，F1n]T，其中，[F1]表示第一阶段索力实测值矩阵，F1n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的索力实测值。第一阶段索力实测值矩阵由第一阶段中，当前批次张拉的斜拉索的索力实测值组成。且第一阶段索力实测值矩阵是按既定斜拉索顺序确定各元素的具体量值。
本发明中，第一阶段主梁线形实测值矩阵为[D1]＝[D11，D12，…，D1m]T，其中，D1m表示第m个主梁线形特征点的线形实测值。第一阶段主梁线形实测值矩阵由第一阶段中，主梁线形特征点的线形实测值组成。且第一阶段主梁线形实测值矩阵是按既定主梁线形特征点顺序确定各元素具体量值。
S4：根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；
本发明中，计算得到线形调整矩阵的具体计算公式为：
[D]＝[D0]-[D1]
其中，[D]表示线形调整矩阵。
即根据主梁线形特征点的实测与理论竖向位置偏差，得到线形调整矩阵。线形调整矩阵为一个m行1列的矩阵，矩阵元素为主梁线形特征点对应的实测与理论竖向位置的差值。
本发明中，计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵的具体计算公式为：
[Y]·[L]＝[D]
其中，[L]表示第二阶段斜拉索索长调整矩阵。
第二阶段斜拉索索长调整矩阵具体为[L]＝[L1，L2，…，Ln]T，其中，Ln表示当前批次张拉的斜拉索，在第二阶段张拉中第n根斜拉索的索长调整量。第二阶段斜拉索索长调整矩中的各个元素即对应当前批次张拉的斜拉索的索长调整量。
即基于斜拉索第一阶段张拉后的实测主梁线形与理论计算线形偏差，通过计算斜拉索单位索长增量荷载对主梁线形和索力的影响，确定第二阶段索长调整增量，对第一阶段斜拉索张拉偏差进行即时修正。
S5：根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
本发明实施例的斜拉索张拉两阶段控制方法，基于斜拉索第一阶段张拉后的实测主梁线形与理论计算线形偏差，通过计算斜拉索单位索长增量荷载对主梁线形和索力的影响，确定第二阶段索长调整增量，对第一阶段斜拉索张拉偏差进行修正，对斜拉索张拉进行索力与索长两阶段控制，即时修正斜拉索张拉偏差，提高初张拉精度，避免误差累积，实现斜拉索索力和主梁线形高精度协同控制。
本发明实施例提供的一种斜拉索张拉两阶段控制系统，包括第一确定模块、第一计算模块、第二确定模块、第二计算模块和调整模块。
第一确定模块用于基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；第一计算模块用于计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；第二确定模块用于根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；第二计算模块用于根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；调整模块用于根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；
计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；
根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；
根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；
根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
2.如权利要求1所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于：
所述索力理论值矩阵具体为[F0]＝[F01，F02，…，F0n]T，其中，[F0]表示索力理论值矩阵，F0n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的初张力理论值，n表示当前批次张拉的斜拉索的数量，T表示矩阵转置；
所述主梁线形理论值矩阵具体为[D0]＝[D01，D02，…，D0m]T，其中，[D0]表示主梁线形理论值矩阵，D0m表示第m个主梁线形特征点的竖向位移理论值，m表示主梁线形特征点数量。
3.如权利要求2所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，所述计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵，具体步骤为：
以索长增量的形式，逐根对当前批次张拉的斜拉索施加单位拔出量荷载△F，然后获取对应主梁线形特征点的竖向位移增量△Y，从而得到影响矩阵。
4.如权利要求3所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，所述影响矩阵具体为：
Figure FDA0003822921020000021
其中，[Y]表示影响矩阵，Ynm表示对第n根斜拉索施加单位拔出量荷载所引起的第m个主梁线形特征点的竖向位移。
5.如权利要求4所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，所述根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，具体步骤包括：
根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉；
待第一阶段斜拉索张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到斜拉索索力实测值和主梁线形实测值；
基于得到的斜拉索索力实测值和主梁线形实测值，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵。
6.如权利要求5所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于：
所述第一阶段索力实测值矩阵为[F1]＝[F11，F12，…，F1n]T，其中，[F1]表示第一阶段索力实测值矩阵，F1n表示当前批次张拉的斜拉索中第n根斜拉索的索力实测值；
所述第一阶段主梁线形实测值矩阵为[D1]＝[D11，D12，…，D1m]T，其中，D1m表示第m个主梁线形特征点的线形实测值。
7.如权利要求6所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，计算得到线形调整矩阵的具体计算公式为：
[D]＝[D0]-[D1]
其中，[D]表示线形调整矩阵。
8.如权利要求7所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于，计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵的具体计算公式为：
[Y]·[L]＝[D]
其中，[L]表示第二阶段斜拉索索长调整矩阵。
9.如权利要求8所述的一种斜拉索张拉两阶段控制方法，其特征在于：所述第二阶段斜拉索索长调整矩阵具体为[L]＝[L1，L2，…，Ln]T，其中，Ln表示当前批次张拉的斜拉索，在第二阶段张拉中第n根斜拉索的索长调整量。
10.一种斜拉索张拉两阶段控制系统，其特征在于，包括：
第一确定模块，其用于基于斜拉索初张力理论值和主梁线形理论值，得到索力理论值矩阵和主梁线形理论值矩阵；
第一计算模块，其用于计算得到当前批次张拉的斜拉索索长单位增量荷载对主梁线形的影响矩阵；
第二确定模块，其用于根据斜拉索初张力理论值进行第一阶段斜拉索张拉，并待张拉到位后进行斜拉索索力和主梁线形测量，得到第一阶段索力实测值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵；
第二计算模块，其用于根据主梁线形理论值矩阵和第一阶段主梁线形实测值矩阵，计算得到线形调整矩阵，并计算得到第二阶段斜拉索索长调整矩阵；
调整模块，其用于根据第二阶段斜拉索索长调整矩阵，对当前批次张拉的斜拉索进行第二阶段索长调整，完成当前批次的斜拉索张拉工序。
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