CN117332656A - 一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法 - Google Patents
一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于桥梁施工控制领域，一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，该方法包括如下步骤：S1、建立提篮拱桥有限元模型；S2、进行正装计算，得到整肋索力与位移的影响矩阵；S3、计算整肋模型的整肋预抬值；S4、判断整肋预抬值是否满足目标线形要求，如果满足，则进入步骤S5；否则，修改目标函数约束条件，然后转入步骤S3；S5、获取预估索力值以及相应的位移列阵；S6、判断分肋索力作用下的位移是否满足当前阶段目标位移的误差要求，若满足，则输出索力；否则，按得到的位移与目标位移继续差值迭代。本发明能够快速准确地计算扣索索力，通过对拱肋斜拉扣挂进行索力优化计算得到合理的索力以达到控制拱肋线形的目的。
Description
技术领域
本发明属于桥梁施工控制领域，具体涉及一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。
背景技术
大跨度拱桥常采用吊装法施工，随着拱肋跨径不断增大，节段吊重越来越重，受限于缆索吊机施工技术，拱肋从最早期的小跨径整肋吊装施工逐渐过渡到分肋吊装。然而实际施工过程中出现的问题也愈来愈多，特别是施工误差引起的拱肋上下游高程不一致、拱肋横向偏位过大导致肋间横撑无法按制造长度安装及拼装线形差等。因此，为保证施工质量，寻求一种高效、便捷的施工控制计算方法来求解拱肋合理索力及预抬量显得尤为迫切。
目前，在钢管混凝土拱肋施工线形控制方面已有大量学者展开了研究。吴海军等针对拱肋安装时存在的定位偏差，提出节点动态修正法并结合无应力状态法进行施工索力计算；顾颖等认为拱肋架设过程中应遵循“宁高勿低、宁静勿动”的线形控制原则，并提出一种新的扣索力计算方法；徐岳等针对传统正装迭代法确定扣索力计算效率低的问题，提出计算效率较高的改进迭代算法。张建民、郑皆连等采用一阶最优化计算方法，通过建立结构施工状态与成桥状态之间的目标函数关系来求解各个施工阶段的扣索力；郝聂冰等针对拱肋吊装过程中线形调整问题，提出了拱肋真实线形计算公式并提供了线形调整量的可行-优化解的计算方法；梅盖伟等以倒拆分析模型为基础，提出引入索力罚系数的修正倒拆法来优化拱肋吊装过程中的扣索索力和预抬量；任亮等以拱肋恒载弯矩分布为控制目标，结合影响矩阵求解钢管混凝土拉索拱桥的的合理成桥索力。然而，既有施工控制方法大多无法考虑拱肋横向偏位的控制以及侧缆风索力的求解，且或多或少存在计算效率低、线形拼装精度及索力均匀性差等问题。
申请号为CN202310082250.3的专利文件中公开了一种Y型拱桥斜拉扣挂法扣索索力获取方法、设备及介质，本发明技术方案通过根据预设参数构建Y型拱桥的有限元模型，然后获取各扣索模型所对应的单位变化值，将多个单位变化值组合以得到影响矩阵，然后根据影响矩阵，建立多目标线形规划模型，在对多目标线形规划模型进行求解并确定索力值，然后再将索力值植入到有限元模型中，最终得到Y型拱桥的索力结果。上述中所述的Y型拱桥斜拉扣挂法扣索索力获取方法，在计算时通常会忽略塔架变形对拱肋节段预抬值的影响，导致计算精度低，计算过程比较繁琐、容易出错。
申请号为CN202310414582.7的专利文件公开了一种精确计算拱肋节段预抬值方法、施工方法及系统，包括：建立拱肋裸拱自重模型获取目标线形；建立拱肋整段安装模型，赋予初始扣索力，获取预抬值；判断所述预抬值与目标线形之差是否在允许误差以内；若否，调整所述初始扣索力，直至所述预抬值在允许误差以内；若是，输出扣索力；建立拱肋分段安装模型，获得基于所述单位扣索力和锚索力作用下的位移影响矩阵；基于所述扣索力作为初始索力获取位移量、所述位移影响矩阵和所述预抬值，获得拱肋分段安装扣索力差；基于所述扣索力差和所述扣索力，获得实际扣索力；基于所述实际扣索力，获得实际预抬值。该发明虽然能解决拱肋分段安装施工中存在的上、下游相同节段安装高程不一致的问题，但是仍然存在拱肋横向偏位过大导致肋间横撑无法按制造长度安装及拼装线形差的问题，桥梁在施工各阶段安全性较低，施工进程慢。
因此，针对目前大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣施工中索力和预抬量的计算过程复杂、精度低的问题，亟需一种更加简单清楚，能够快速准确地计算拉索索力和预抬量的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，通过考虑挂扣索力对拱肋的影响，获取相应的影响矩阵，能够快速准确地计算扣索索力，通过对拱肋斜拉扣挂过程进行索力优化计算得到一组合理的索力以达到控制拱肋线形的目的，解决现场施工误差引起的拱肋上下游高程不一致、拱肋横向偏位过大导致肋间横撑无法按制造长度安装及拼装线形差等问题。
本发明第一方面提供一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，该方法包括如下步骤：
S1、根据预设参数，建立提篮拱桥有限元模型；提篮拱桥有限元模型包括整肋模型和分肋模型；
S2、采用索力张拉或索长张拉进行正装计算，得到整肋模型索力与位移的影响矩阵；
S3、计算当前次整肋模型的整肋预抬值；
S4、判断当前次整肋预抬值是否满足目标线形要求，如果满足，则进入步骤S5；
否则，修改目标函数约束条件，然后转入步骤S3；
S5、对分肋模型的分肋索力进行求解，得到预估索力值以及该分肋索力作用下的位移列阵；
S6、判断分肋索力作用下的位移是否满足当前阶段目标位移的误差要求，若满足，则判定预估索力值为拱肋斜拉挂扣的实际索力值，输出索力，算法结束；否则，调整预估索力值，按得到的位移与目标位移继续差值进行调整，并返回步骤5进行循环迭代，直至误差在预设范围内时，终止迭代，调整后的预估索力值即为拱肋斜拉挂扣的实际索力值。
进一步的，所述步骤S3中，计算整肋预抬值的具体方法为：首先，以施工阶段预抬量作为当前拱肋节段控制点的变形值，以裸拱在自重作用下的线形作为目标线形，以拱肋松索后的线形与裸拱自重作用下的线形差值最小二乘法作为目标函数，设置目标函数约束条件，以扣索力作为状态变量；然后，基于影响矩阵的概念，建立目标值与调整量的关系有：
[A][T]＝[D] (1)
具体含义为：
记受调向量{D}为拱肋各节段控制点在松索成拱阶段的下挠值；
{D}＝(d1,d2···,di,···dm-1,dm)T (2)
记施调向量{T}为各节段扣索索力；
{T}＝(T1,T2,···Tj,···Tn-1,Tn)T (3)
记影响向量{A}i为{T}中第j个元素(1≤j≤n)发生单位变化所引起{D}中各元素的变化；
{A}i＝(a1i,a2i,···aij,···am-1j,amj,)T (4)
则当n个施调向量即扣索力发生单位变化时，可以把n个影响向量集合，采用矩阵表达为[A]。
记裸拱在自重作用下的位移为：
{D′}＝(d′1,d′2···,d′i,···d′m-1,d′m)T (5)
目标函数有：
式中：δ为线形容许偏差值；
记满足目标线形的整肋预抬量为：
{s}＝(s1,s2···,si,···sm-1,sm)T (7)
进一步的，所述步骤S5中，对分肋索力进行求解的具体方法为：
结合影响矩阵的相关概念，建立以下方程对分肋索力进行求解，求解方程式如下：
[k][F]＝[s] (8)
式中：[k]表示单位扣索、缆风索力对拱肋控制点位移影响量的组装矩阵；[F]表示扣索、缆风索力组成的列阵；[s]表示当前节段目标预抬值所组成的位移列阵；
设拱肋上游扣索、侧缆风以Ti1、Ti2表示，拱肋下游扣索、侧缆风以Tj1、Tj2表示，
选取拱肋同一节段上下游外侧端点i、j点为控制点，其位移为：
式中：u表示控制点横向位移；ν表示控制点竖向位移；
为保证拱肋节段间横撑能按制造长度进行安装，上、下游拱肋吊装完成后其控制点高程应保持一致，横向偏位理论控制在0mm，竖向位移为整肋预抬量vij，假设拱肋扣索、侧缆风单位力对控制点位移的影响矩阵为：
则组装矩阵为：
对于拱肋扣索、侧缆风索索力的求解，将组装矩阵式(11)～(12)代入式(8)即可。
本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。
本发明的第三方面提供一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述程序，以实现如本发明第一方面任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用影响矩阵及最优化相关原理，从寻求一组合适的整肋预抬量出发，再根据相应算法自动计算该预抬量下其分肋索力，通过优化计算得到提篮拱桥合理的索力以达到控制拱肋线形的目的，能够解决现场施工误差引起的拱肋上下游高程不一致、拱肋横向偏位过大导致肋间横撑无法按制造长度安装及拼装线形差等问题。
2.本发明在确定整肋预抬量时，由于拱肋侧缆风索主要起到约束拱肋左右位移和调节轴线偏位的作用，其刚度与拱肋和扣索存在较大差距。因此在确定整肋预抬量过程中，忽略缆风索作用，初步只考虑扣索对拱肋高程的调节作用以及确定的施工荷载；拱肋整肋合理的预抬量确定后，再计算该拱肋线形下所对应索力张拉值；对分肋索力求解时，通过拱肋扣索、侧缆风索力进行求解，获得相应的组装影响矩阵，进而快速计算处在相应荷载工况下的扣索、缆风索力。本发明解决了既有施工控制方法无法考虑拱肋横向偏位控制以及侧缆风索力求解的问题。
3.本发明公开的方法变量较少，能快速准确地确定拱肋斜拉挂扣的索力和预抬量，计算结果的精度高，在大跨度钢拱桥的建造过程中可加快施工速度，缩短工期，提高了桥梁施工阶段拱肋、关键构件的安全性以及结构整理受力的合理性，解决了传统计算方法计算效率低、线形拼装精度及索力均匀性差等问题。
4.本发明使用有限元软件提取各因素所产生的影响矩阵进行推导计算，理论简单明晰，通过考虑拱肋扣索、侧缆风单位力对控制点位移的影响，获取相应的影响矩阵，考虑因素全面，能够快速准确地计算挂扣的索力，易于技术人员操作。
附图说明
图1是本发明一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法的流程图；
图2是本发明拱肋分肋安装示意图；
图3是本发明示例方法的某大桥的缆吊系统布置示意图；其中，图(a)为缆吊系统的立面图，图(b)为缆吊系统的平面图；
图4是本发明示例方法的某大桥的拱肋施工流程示意图；
图5是本发明示例方法的某大桥的有限元模型；
图6是本发明示例方法的某大桥的北岸理论索力与实测张拉索力对比；
图7是本发明示例方法的某大桥的南岸上游扣索力随施工历程变化；
图8是本发明示例方法的某大桥的控制点高程偏差变化图；
图9是本发明示例方法的某大桥的控制点轴向偏差变化图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，本发明的具体实施例只是为了能更清楚的描述技术方案，而不能作为本发明保护范围的一种限制。
本发明第一方面提供一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，请参阅图1，该方法包括如下步骤：
S1、根据预设参数，考虑拱桥的几何构造、边界条件、荷载参数等，采用有限元分析软件建立提篮拱桥完整施工阶段的空间有限元模型；提篮拱桥有限元模型包括整肋模型和分肋模型；
S2、采用索力张拉或索长张拉进行正装计算，得到整肋索力与位移的影响矩阵；此处步骤主要是求解整肋模型索力与位移的影响矩阵，一般是给予扣索力1kN的力，然后再看该单位力对拱肋成桥线形的影响，即为影响矩阵；
S3、计算当前次整肋模型的整肋预抬值；
S4、判断当前次整肋预抬值是否满足目标线形要求，如果满足，则进入步骤S5；
否则，修改目标函数约束条件，然后转入步骤S3；其中目标函数是指拱肋松索后控制点的线形与裸拱自重作用下控制点的线形差值平方和最小；约束条件即为拱肋松索后控制点的线形与裸拱自重作用下控制点的线形差值的绝对值满足一定的误差。例如，对于300m左右的拱桥，误差值一般取1cm；对于跨径更大的拱桥，误差值会取到2-3cm，具体取值根据计算结果是否收敛进行适当调整。
S5、对分肋模型的分肋索力进行求解，得到预估索力值以及该分肋索力作用下的位移列阵；
S6、判断分肋索力作用下的位移是否满足当前阶段目标位移的误差要求，若满足，则判定预估索力值为拱肋斜拉挂扣的实际索力值，输出索力，算法结束；否则，调整预估索力值，按得到的位移与目标位移继续差值进行调整，并返回步骤5进行循环迭代，直至误差在预设范围内时，终止迭代，调整后的预估索力值即为拱肋斜拉挂扣的实际索力值。
由无应力状态法可知，在结构体系、边界条件、外荷载、单元无应力长度及无应力曲率保持不变的情况下，其内力和位移具有唯一性。在拱肋缆索吊装过程中，不管采取整肋吊装还是分肋吊装的施工方法，只要保证两者施工过程控制目标是闭合的，那么施工完成后的松索线形也必然一致。拱肋的安装控制在于索力的计算，其直接决定了拱肋成桥后的线形，因此可以对拱肋斜拉扣挂过程进行索力优化计算得到一组合理的扣索索力、缆风索力以达到控制拱肋线形的目的。本发明采用影响矩阵及最优化相关原理，从寻求一组合适的整肋预抬量出发，再根据相应算法自动计算该预抬量下其分肋索力，能够解决现场施工误差引起的拱肋上下游高程不一致、拱肋横向偏位过大导致肋间横撑无法按制造长度安装及拼装线形差等问题。
拱肋侧缆风索主要起到约束拱肋左右位移和调节轴线偏位的作用，其刚度与拱肋和扣索存在较大差距。在确定整肋预抬量过程中，忽略缆风索作用，初步只考虑扣索对拱肋高程的调节作用以及确定的施工荷载。因此，所述步骤S3中，计算整肋预抬值的具体方法为：首先，以施工阶段预抬量作为当前拱肋节段控制点的变形值，以裸拱在自重作用下的线形作为目标线形，以拱肋松索后的线形与裸拱自重作用下的线形差值最小二乘法作为目标函数，设置目标函数约束条件，以扣索力作为状态变量；然后，基于影响矩阵的概念，建立目标值与调整量的关系有：
[A][T]＝[D] (1)
具体含义为：
记受调向量{D}为拱肋各节段控制点在松索成拱阶段的下挠值；
{D}＝(d1,d2···,di,···dm-1,dm)T (2)
记施调向量{T}为各节段扣索索力；
{T}＝(T1,T2,···Tj,···Tn-1,Tn)T (3)
记影响向量{A}i为{T}中第j个元素(1≤j≤n)发生单位变化所引起{D}中各元素的变化；
{A}i＝(a1i,a2i,···aij,···am-1j,amj,)T (4)
则当n个施调向量即扣索力发生单位变化时，可以把n个影响向量集合，采用矩阵表达为[A]。
记裸拱在自重作用下的位移为：
{D′}＝(d′1,d′2···,d′i,···d′m-1,d′m)T (5)
目标函数有：
式中：δ为线形容许偏差值；
记满足目标线形的整肋预抬量为：
{s}＝(s1,s2···,si,···sm-1,sm)T (7)
拱肋整肋合理预抬量确定后，其在多支点弹性悬臂体系阶段和松索成拱阶段的线形也随之确定，且具有唯一性。而对于采用缆索吊装斜拉扣挂法施工的钢管混凝土拱桥，拱肋的线形主要通过力的形式表现，因此需进一步寻找该线形下所对应索力张拉值，因此，所述步骤S5中，对分肋索力进行求解的具体方法为：
结合影响矩阵的相关概念，建立以下方程对分肋索力进行求解，求解方程式如下：
[k][F]＝[s] (8)
式中：[k]表示单位扣索、缆风索力对拱肋控制点位移影响量的组装矩阵；[F]表示扣索、缆风索力组成的列阵；[s]表示当前节段目标预抬值所组成的位移列阵；
请参阅图2的拱肋分肋安装示意图，设拱肋上游扣索、侧缆风以Ti1、Ti2表示，拱肋下游扣索、侧缆风以Tj1、Tj2表示，
选取拱肋同一节段上下游外侧端点i、j点为控制点，其位移为：
式中：u表示控制点横向位移；ν表示控制点竖向位移；
为保证拱肋节段间横撑能按制造长度进行安装，上、下游拱肋吊装完成后其控制点高程应保持一致，横向偏位理论控制在0mm，竖向位移为整肋预抬量vij，假设拱肋扣索、侧缆风单位力对控制点位移的影响矩阵为：
则组装矩阵为：
对于拱肋扣索、侧缆风索索力的求解，将组装矩阵式(11)～(12)代入式(8)即可。由于索力计算式为等式，然而在实际求解中很难满足等式条件，如果该组索力作用下的位移不满足目标位移的误差要求，则按得到的位移与目标位移继续差值迭代，直至误差在合理范围内。同时，现场施工环境如温度、风荷载、临时机具堆放位置有重大变化等，应当及时对分肋模型进行反馈，并根据影响矩阵的相关概念，重新提取当前阶段的组装影响矩阵且重新计算该荷载工况下的扣索、缆风索力。即基于当前阶段整肋预抬量，实时根据外部施工环境状况修正当前张拉索力。
本文以某大桥为例，将斜拉扣挂法施工时拱肋扣索、侧缆风索的合理内力作为控制目标，考虑轴线与高程耦合，结合影响矩阵及最优化相关原理，从寻求一组合适的整肋预抬量出发，再根据相应算法自动计算该预抬量下其分肋索力，从而提出一种适合大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量的计算方法。
工程背景：
某大桥为一座中承式钢管混凝土提篮拱桥，桥梁宽28m，计算跨径L＝340m，计算矢高f＝75m，矢跨比为1/4.533，主拱轴线为悬链线，拱轴系数m＝1.55，拱肋钢管在竖直面内向桥轴线倾斜10°，形成提篮式。主桥单片拱肋由4根弦杆组成，上弦杆厚度均为24mm，下弦杆厚度由拱脚32mm过渡到拱顶24mm(32mm、28mm、24mm)，上下弦杆通过2根缀管和/>腹杆连接形成肋宽为3.2m的变高度4管桁式矩形截面，其中拱脚拱肋径向高12m，拱顶拱肋径向高7m。
施工过程：
拱肋安装采用“两岸对称拼装，同步施工”的方式进行单肋吊装直至拱肋合龙的施工方案。全桥拱肋分为32个吊装节段，最大节段吊重144t，节段间采用“先栓后焊、栓焊结合”的方式连接，其缆吊系统布置如图3所示。两岸采取对称施工，吊装顺序图4所示。
有限元模型建立：
利用有限元程序MIDAS/civil建立某大桥计算模型，模型施工阶段严格按照现场施工顺序划分。拱脚处斜腹杆其内部混凝土采用程序自带的施工阶段联合截面模拟，扣索、缆风索采用仅受拉桁架单元模拟，除拱肋肋间缀板、拱脚三角板及一些细部构造采用薄板单元模拟外，其余均采用空间梁单元模拟。某大桥采用扣锚一体化施工，扣索弹模采用“等效刚度法”进行换算。拱肋侧缆风索与地锚、扣索与塔架连接处固结处理，拱脚边界条件按照现场封铰时机由铰接转化为固结。
模型容重按照结构实际重量进行修正，拱肋考虑1.04的焊缝重量系数，肋间横撑考虑1.02的焊缝重量系数，拱肋容重修正为80.27kN/m3，肋间横撑容重修正为79.8kN/m3。焊接挂篮、临时机具、附属设施等均以节点荷载或梁单元荷载考虑。项目属亚热带季风气候区，吊装时正值季节交替，温度影响较大，而风荷载影响较小，现场施工必须实时根据环境状况对模型进行反馈。其中温度荷载根据现场实测温度与设计基准温度之间的温差以“系统温度”和“梁单元温度”的方式体现，风荷载根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01-2018)换算成梁单元荷载施加。全桥节点数共计1853个，单元数共计3088个，有限元模型如图5所示。
索力获取与分析：
索力的合理性直接决定了拱肋成桥后的线形，同时也是施工过程中是否需要反复调索的关键。扣索张拉时应遵循“线形控制为主，索力为辅”的监控原则，通过考虑扣索和缆风索对位移的耦合作用并保证扣索2.5倍安全系数下，基于本文提出的算法可得当前拱肋安装节段扣索张拉力。由于大桥两岸扣索对称布置，取北岸理论索力与实际张拉值进行比较，如图6所示。同时为了分析后续拱肋安装过程中扣索索力变化，取南岸上游扣索进行分析，如图7所示。
由图6可得，北岸理论扣索张拉力随节段安装呈均匀递增趋势，上、下游索力均匀性较好，相邻节段扣索力最大差值226.57kN,这是由于3#拱肋节段长度较2#段更长，吊重也更重。此外遵循“线形控制为主，索力为辅”的监控原则，实测索力张拉值与理论值误差除北岸下游1#段外均在10％以内，说明扣索力计算精度较高。由于北岸下游1#段铰轴尺寸制造误差较大，导致铰轴与铰座静摩阻较大，比理论索力张拉值多张拉10.9％，可见拱肋加工制作时务必加强精度把控。同时通过图7不难发现，后续施工对索力影响较小，扣索力在整个施工历程中变化比较平稳。
拱肋线形分析：
拱肋线形好坏是整个缆索吊装过程中拱肋节段拼装精度最直观的体现，现行规范对线形偏差有明确的限制，因此施工过程中必须加强拱肋线形的监测与控制。大桥以拱肋松索后的线形逼近裸拱在自重作用下的线形为目标，线形偏差按20mm取值，所得拱肋在整个拼装过程中线形变化如图8和图9所示。
由图8和图9可得，基于本文提出的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量的计算方法，可得拱肋各控制点松索后的线形与目标线形理论高程最大偏差μh为17.4mm，轴线偏差νh为6.0mm；整个施工过程中，拱肋最大高程偏差μn为15.0mm，轴线偏差νn为15.0mm；拱肋合龙松索后实测高程最大偏差μp为25.0mm，轴线偏差νp为14.0mm，满足《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2017)拱圈高程(L/3000＝113.3mm，且不大于50mm)和轴线偏位(L/6000＝56.7mm，且不大于40mm)的线形要求。
基于相同的设计构思，本发明的第二方面还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。可以理解地，所述计算机可读存储介质可以包括：如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器等。
基于相同的设计构思，本发明的第三方面还提供一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述程序，以实现如本发明第一方面任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。电子设备可以是计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (5)
1.一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据预设参数，建立提篮拱桥有限元模型；提篮拱桥有限元模型包括整肋模型和分肋模型；
S2、采用索力张拉或索长张拉进行正装计算，得到整肋模型索力与位移的影响矩阵；
S3、计算当前次整肋模型的整肋预抬值；
S4、判断当前次整肋预抬值是否满足目标线形要求，如果满足，则进入步骤S5；
否则，修改目标函数约束条件，然后转入步骤S3；
S5、对分肋模型的分肋索力进行求解，得到预估索力值以及该分肋索力作用下的位移列阵；
S6、判断分肋索力作用下的位移是否满足当前阶段目标位移的误差要求，若满足，则判定预估索力值为拱肋斜拉挂扣的实际索力值，输出索力，算法结束；否则，调整预估索力值，按得到的位移与目标位移继续差值进行调整，并返回步骤5进行循环迭代，直至误差在预设范围内时，终止迭代，调整后的预估索力值即为拱肋斜拉挂扣的实际索力值。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算整肋预抬值的具体方法为：首先，以施工阶段预抬量作为当前拱肋节段控制点的变形值，以裸拱在自重作用下的线形作为目标线形，以拱肋松索后的线形与裸拱自重作用下的线形差值最小二乘法作为目标函数，设置目标函数约束条件，以扣索力作为状态变量；然后，基于影响矩阵的概念，建立目标值与调整量的关系有：
[A][T]＝[D] (1)
具体含义为：
记受调向量{D}为拱肋各节段控制点在松索成拱阶段的下挠值；
{D}＝(d1,d2···,di,···dm-1,dm)T (2)
记施调向量{T}为各节段扣索索力；
{T}＝(T1,T2,···Tj,···Tn-1,Tn)T (3)
记影响向量{A}i为{T}中第j个元素(1≤j≤n)发生单位变化所引起{D}中各元素的变化；
{A}i＝(a1i,a2i,···aij,···am-1j,amj,)T (4)
则当n个施调向量即扣索力发生单位变化时，可以把n个影响向量集合，采用矩阵表达为[A]。
记裸拱在自重作用下的位移为：
{D′}＝(d′1,d′2···,d′i,···d′m-1,d′m)T (5)
目标函数有：
式中：δ为线形容许偏差值；
记满足目标线形的整肋预抬量为：
{s}＝(s1,s2···,si,···sm-1,sm)T (7)
3.根据权利要求1所述的一种大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法，其特征在于，所述步骤S5中，对分肋索力进行求解的具体方法为：
结合影响矩阵的相关概念，建立以下方程对分肋索力进行求解，求解方程式如下：
[k][F]＝[s] (8)
式中：[k]表示单位扣索、缆风索力对拱肋控制点位移影响量的组装矩阵；[F]表示扣索、缆风索力组成的列阵；[s]表示当前节段目标预抬值所组成的位移列阵；
设拱肋上游扣索、侧缆风以Ti1、Ti2表示，拱肋下游扣索、侧缆风以Tj1、Tj2表示，
选取拱肋同一节段上下游外侧端点i、j点为控制点，其位移为：
式中：u表示控制点横向位移；ν表示控制点竖向位移；
为保证拱肋节段间横撑能按制造长度进行安装，上、下游拱肋吊装完成后其控制点高程应保持一致，横向偏位理论控制在0mm，竖向位移为整肋预抬量vij，假设拱肋扣索、侧缆风单位力对控制点位移的影响矩阵为：
则组装矩阵为：
对于拱肋扣索、侧缆风索索力的求解，将组装矩阵式(11)～(12)代入式(8)即可。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述程序，以实现如权利要求1-3任一项所述的大跨度钢拱桥拱肋斜拉挂扣索力和预抬量计算方法。
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