斜拉橋索力優(yōu)化與調(diào)整.ppt

,1,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi) 力優(yōu)化與加固,同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系 肖汝誠,2,二.,三.,一.,內(nèi)容簡介,工程背景,總結(jié)與展望,內(nèi)力調(diào)整施工方案的實(shí)施,四.,五.,既有預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力調(diào)整的理論基礎(chǔ),觀測(cè)方法的評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)評(píng)估,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化與加固,3,一,工程背景（續(xù)）,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力調(diào)整的現(xiàn)狀和工程實(shí)例,委內(nèi)瑞拉馬拉開波（Maracaibo）橋 英國的Wye橋,4,一,工程背景（續(xù)）,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力調(diào)整的現(xiàn)狀和工程實(shí)例,上海新五橋 廣州海印橋,5,一,工程背景（續(xù)）,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力調(diào)整的現(xiàn)狀和工程實(shí)例,已有的調(diào)整理論過于復(fù)雜，不易操作。,當(dāng)前該領(lǐng)域還需解決的問題：,采用的模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)不符，造成的誤差；,缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的一整套評(píng)估方法，以及是否進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整的決策系統(tǒng)；,6,一,工程背景（續(xù)）,背景工程橋梁,上虞市人民大橋,7,一,工程背景（續(xù)）,上虞市人民大橋結(jié)構(gòu)簡圖,背景工程橋梁,8,一,工程背景（續(xù)）,靜載試驗(yàn)中，箱梁內(nèi)裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。,檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)人民大橋主要存在的問題：,結(jié)構(gòu)形態(tài)與設(shè)計(jì)存在較大偏差；,與設(shè)計(jì)相比，拉索有卸載現(xiàn)象，而且卸載量不平衡；,背景工程橋梁,9,一,工程背景（續(xù)）,工作內(nèi)容,確定既有橋梁內(nèi)力調(diào)整的合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)；,對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，識(shí)別既有橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)；,評(píng)估當(dāng)前結(jié)構(gòu)內(nèi)力，以確定是否對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整；,從理論上解決從當(dāng)前結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)到調(diào)整的目標(biāo)內(nèi) 力狀態(tài)的具體實(shí)用調(diào)整方法；,解決內(nèi)力調(diào)整施工中的具體問題 ；,對(duì)內(nèi)力調(diào)整后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)一步評(píng)估。,10,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別,11,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別,參數(shù)識(shí)別中遵循：,盡可能真實(shí)地模擬當(dāng)時(shí)的施工情況（包括施工方案、節(jié)段重量、施工中拉索索力、定位標(biāo)高、橋面線形等）,模擬從施工到運(yùn)營至今橋梁發(fā)生的收縮徐變情況,12,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,結(jié)構(gòu)當(dāng)前受力狀態(tài)的確定與評(píng)估,13,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,1、已有的斜拉索索力優(yōu)化方法：,指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化法,斜拉索索力的無約束優(yōu)化法,斜拉索索力的有約束優(yōu)化法,2、針對(duì)既有混凝土斜拉橋索力優(yōu)化方法,針對(duì)橋梁設(shè)計(jì),目標(biāo)：通過調(diào)索使主梁上若干點(diǎn)標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求,控制條件：實(shí)際內(nèi)力逼進(jìn)設(shè)計(jì)內(nèi)力,解決思路：建立設(shè)計(jì)內(nèi)力和調(diào)索后實(shí)際內(nèi)力差值的余能表達(dá)式，以差值最小作控制條件求滿足達(dá)到指定標(biāo)高時(shí)索力增量，與原索力疊加得優(yōu)化后的拉索索力,14,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,確定目標(biāo)狀態(tài)的原則：,使主梁、主塔內(nèi)應(yīng)力較小，且比較均勻,應(yīng)力峰值應(yīng)得到控制：控制正應(yīng)力和主應(yīng)力，滿足規(guī)范要求,以當(dāng)前實(shí)測(cè)索力變化較小為原則，盡量減小當(dāng)前索力調(diào)整的工作量，避免對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的擾動(dòng),并達(dá)到結(jié)構(gòu)內(nèi)力合理為目標(biāo),邊墩支座反力得到控制,調(diào)整后結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足承載能力的要求,橋面線形得到改善,為防止裂縫進(jìn)一步開展，限制裂縫處應(yīng)力,15,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,靈敏度分析：找到不同拉索對(duì)主梁內(nèi)應(yīng)力影響程度,選定如上圖的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究。同時(shí)了解索力變化對(duì)支座反力的影響,16,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,靈敏度分析結(jié)果：,17,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應(yīng)的可行域：,恒載作用下主梁正應(yīng)力的可行域：,18,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應(yīng)(正應(yīng)力)的可行域：,19,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應(yīng)(正應(yīng)力)的可行域：,20,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,確定結(jié)構(gòu)合理內(nèi)力狀態(tài)及所對(duì)應(yīng)的拉索索力：,21,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,合理目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)的確定,確定結(jié)構(gòu)合理內(nèi)力狀態(tài)及所對(duì)應(yīng)的橋面標(biāo)高：,22,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,問題的理論解決：,斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，要達(dá)到相同的調(diào)整目標(biāo)，施工中的拉索索力與調(diào)整順序有關(guān)！,現(xiàn)有的調(diào)整理論過于繁復(fù)，而且也有不合理的地方。,解決方法拉索的目標(biāo)索力確定，那么拉索長度改變量是一定的，索力增量也是一定的，與調(diào)整順序無關(guān)。,23,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,調(diào)索施工方案的限制條件：,1 施工方案盡可能簡單易行，通過一次調(diào)索就可達(dá)到目標(biāo)，且調(diào)索順序要便于施工； 2 由于受到現(xiàn)場(chǎng)施工條件的制約，不適合大噸位千斤頂工作，因此每步調(diào)索值要限制在千斤頂最大張拉噸位內(nèi),以上要求若不滿足，須更改施工方案（如張拉順序等），或改變目標(biāo)索力值，然后重新計(jì)算，直到滿足要求為止。,24,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,不同拉索調(diào)整方案的比較：,方案A：從長索依次調(diào)整到短索 方案B：從短索依次調(diào)整到長索 其他調(diào)整方案：增加工作量 增加調(diào)索施工中拉索的索力,25,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,不同拉索調(diào)整方案的比較：,方案A：偏差0.54,方案B：偏差0.58,方案A：最大308噸,方案B：最大380噸,千斤頂 最大張 拉300 噸左右,26,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,驗(yàn)算并確定索力調(diào)整方案：,（1）調(diào)索結(jié)束后計(jì)算索力與目標(biāo)索力的比較,最大相差5.37t，占該索總力的百分比不足0.6,（2）索力調(diào)整過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力的驗(yàn)算,主梁內(nèi)應(yīng)力,27,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,驗(yàn)算并確定索力調(diào)整方案：,（2）索力調(diào)整過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力的驗(yàn)算,主塔內(nèi)應(yīng)力,索內(nèi)應(yīng)力,28,二,預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力優(yōu)化調(diào)整的理論基礎(chǔ) （續(xù)）,實(shí)現(xiàn)合理目標(biāo)內(nèi)力的施工分析,小結(jié)：,識(shí)別了當(dāng)前橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并建立相應(yīng)的計(jì)算模型 計(jì)算當(dāng)前結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)，找到內(nèi)力調(diào)整的“起始內(nèi)力狀態(tài)”； 根據(jù)既有預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的自身特點(diǎn)，確定內(nèi)力調(diào)整的“目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)”； 解決了從“起始內(nèi)力狀態(tài)”到“目標(biāo)內(nèi)力狀態(tài)”的理論施工方法。,29,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,結(jié)構(gòu)的檢查與修復(fù),拉索,錨具與錨箱,減震器,30,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,拉索的更換,更換方案,換索的測(cè)量,1、換索卸載后對(duì)臨近拉索索力的影響,2、拉索精確張拉階段的索力監(jiān)測(cè),3、換索后對(duì)臨近拉索索力進(jìn)行測(cè)量,31,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,拉索的更換,理論驗(yàn)算,施工階段應(yīng)力小于最不利組合應(yīng)力,32,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,調(diào)索施工中的流程,33,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,調(diào)索施工中的實(shí)施細(xì)則,在調(diào)索施工中采用YZ-300液壓千斤頂，并在張拉調(diào)整工作前對(duì)千斤頂油壓表進(jìn)行了標(biāo)定，以保證張拉索力達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在張拉和錨固拉索中，要求相同索號(hào)的8個(gè)千斤頂同步均衡進(jìn)行，并且要緩慢分級(jí)張拉，以避免主塔單向受力過大或動(dòng)載對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力有不利影響,在施工中要實(shí)施三控，即拉索索力，伸長量和橋面標(biāo)高,34,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,調(diào)索施工中的實(shí)施細(xì)則,施工過程中加強(qiáng)觀測(cè)，若出現(xiàn)異常情況及時(shí)停止施工，并由多方單位共同評(píng)估找到解決辦法后再進(jìn)行下一步施工,除上述要求外，在調(diào)整索力的全過程中都嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程施工，以確保施工的順利進(jìn)行。,35,三,內(nèi)力調(diào)整施工方案的具體實(shí)施,小結(jié),索力調(diào)整的過程也是在基本理論的基礎(chǔ)上不斷摸索，不斷實(shí)踐的過程。只有在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)、解決問題才能使理論逐步完善 從既有預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋內(nèi)力調(diào)整的施工角度，闡述了其中面臨的主要問題，并著手解決。從中可以看到，按照前面的方法進(jìn)行調(diào)索，具有可操作性,36,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,索力測(cè)量方法的評(píng)價(jià),油壓表讀數(shù)法 傳感器讀數(shù)法 頻率法 1、拉索抗彎剛度對(duì)振動(dòng)頻率的影響 2、拉索垂度的影響 3、減振器的影響,索力測(cè)量方法的綜述,橋面標(biāo)高變化監(jiān)控測(cè)量的評(píng)價(jià),37,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,調(diào)索后索力分析,主梁內(nèi)應(yīng)力分析,38,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,主梁標(biāo)高變化分析,主塔內(nèi)力與邊跨支座反力分析,主塔彎矩從4740tm降到1990 tm，降幅達(dá)到58%,邊墩支座承受226t，在其承載能力范圍之內(nèi),39,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,荷載試驗(yàn),按各測(cè)試斷面控制內(nèi)力最不利位置布載，測(cè)量： 主梁和主塔結(jié)構(gòu)撓度和位移； 主梁3個(gè)斷面和主塔1個(gè)斷面的混凝土應(yīng)變； 拉索的活載索力。,40,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,荷載試驗(yàn) 加載工況,41,四,觀測(cè)方法評(píng)價(jià)與調(diào)索后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析與此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的評(píng)估,荷載試驗(yàn) 結(jié)論,1 施工調(diào)索達(dá)到原設(shè)計(jì)