斜拉橋施工成橋階段優(yōu)化分析

1、    斜拉橋施工成橋階段優(yōu)化分析    高海銘 陳禮剛 牟善磊摘要：斜拉橋成橋階段施工是橋梁施工的重要過程，需要采取有效措施來保證斜拉橋懸臂法施工的順利完成。本文通過工程實例，進(jìn)行有限元成橋階段模擬分析，為斜拉橋施工控制提供一定的參考。關(guān)鍵詞：斜拉橋施工；成橋階段；優(yōu)化分析：u448.27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：aabstract: construction of the cable-stayed bridge is an important stage of the process of bridge construction, the need to tak

2、e effective measures to ensure the successful completion of the cable-stayed cantilever method of construction. through engineering example, finite element analysis to simulate the bridge stage, to provide a reference for the cable-stayed bridge construction control.keywords: cable-stayed bridge con

3、struction ;bridge stage ;optimization analysis1 引言隨著施工技術(shù)的不斷提高及有限元技術(shù)的迅速發(fā)展，大跨度斜拉橋不僅在理論上實現(xiàn)了合理性，而且在工程中也實現(xiàn)了安全性和可靠性。大跨度斜拉橋的施工控制目前雖然還處于發(fā)展階段，但其在斜拉橋施工過程中的作用已越來越顯著。2 斜拉橋有限元理論有限元法將結(jié)構(gòu)通過細(xì)分單元化來解決相對復(fù)雜的邊界條件問題，在分析過程中可以根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分布情況調(diào)整單元，使應(yīng)力應(yīng)變變化相對復(fù)雜的區(qū)域可以通過細(xì)分單元來獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而提高多種荷載作用下的適應(yīng)能力。斜拉橋結(jié)構(gòu)運用有限元法進(jìn)行求解，能夠有效求得所需結(jié)果。求解斜拉橋結(jié)構(gòu)問

4、題的幾個步驟1：1、結(jié)構(gòu)單元化。2、結(jié)構(gòu)離散化。3、確立位移模式。通過位移函數(shù)可以導(dǎo)出節(jié)點位移（即單元體位移）關(guān)系式，可以用矩陣形式表示為：（1-1）式中，單元體的任一位移矩陣；位移坐標(biāo)的形函數(shù)矩陣；單元體的節(jié)點位移矩陣。4、單元體特性分析。利用幾何方程，由關(guān)系式（1-1）可導(dǎo)出單元應(yīng)變關(guān)系式：（1-2）式中，單元體內(nèi)任一應(yīng)變列陣；幾何方程矩陣?yán)帽緲?gòu)方程，由單元應(yīng)變關(guān)系式（1-2）可導(dǎo)出單元應(yīng)力關(guān)系式：（1-3）式中，單元體內(nèi)任一應(yīng)力矩陣；彈性矩陣。利用變分原理，建立作用在單元體節(jié)點力和節(jié)點位移的關(guān)系式，單元體平衡方程：（1-4）式中，單元體的節(jié)點力列陣；單元剛度矩陣。通過分析可以得到：（1

5、-5）5、單元剛度矩陣集成整體平衡方程組。3 工程概況本文以臨沂市開羅大橋項目為工程背景。該橋起自臨沂市羅莊區(qū)羅程路與濱河大道交叉口向西514m處，全長2724m，主橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋（100m+230m+100m），其中斜拉橋主塔及橫梁采用c50級混凝土，索塔承臺采用c30級混凝土。本文參考設(shè)計方提供的數(shù)據(jù)，采用midas civil軟件建立大橋有限元全橋模型，如圖1所示。圖1開羅大橋有限元全橋模型4 分析結(jié)果模型運行分析后要對分析結(jié)果進(jìn)行荷載組合2，斜拉橋只有在不同荷載組合下均達(dá)到合理受力狀態(tài)才能滿足正常使用要求。在進(jìn)行后處理分析中，要求有限元模型成橋階段在確定性荷載作用下能

6、夠使整橋受力性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，確保實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。因此需要重點分析整橋結(jié)構(gòu)變形是否符合斜拉橋變形規(guī)律，包括軸力、扭矩、剪力和彎矩是否出現(xiàn)不合理內(nèi)力突變情況。分析結(jié)果如圖24及表1所示。圖2成橋階段軸力圖圖3成橋階段剪力圖圖4成橋階段彎矩圖表1大橋成橋階段內(nèi)力數(shù)據(jù)表單元 軸向 剪力-y 剪力-z 扭距 彎矩-y 彎矩-z146 -83774.32 -1160.36 3999.91 14536.35 200701.25 10290.88148 -83774.32 -1160.36 -3999.91 -14536.35 -200701.25 10290.88159 -78915.63 -95.66 -

7、3673.47 -13564.67 -126352.91 18820.75207 -76363.63 543.84 -3673.47 -13564.67 -98138.47 16621.15299 -65923.91 1896.08 -3507.18 -13564.67 -50694.89 -1620.34303 -61415.55 2225.72 -3323.9 -13564.67 -43722.72 -6656.03306 -56386.29 2623.15 -3076.74 -13564.67 -34016.17 -15202.3312 -51950.72 2876.43 -2933.4

8、5 -13564.67 -29857.2 -19304.62317 -43311.85 2713.01 2894.82 1886.9 29037.74 3700.02受工程施工進(jìn)度限制，無法得到實際工程數(shù)據(jù)與理論模擬數(shù)據(jù)的對比結(jié)果3，但是通過有限元程序模擬可以知道全橋受力狀態(tài)及各構(gòu)件相互作用的情況，從而根據(jù)其受力特性來控制施工方案的合理性，確保大橋受力關(guān)鍵部位能夠得到有效控制4。通過開羅大橋成橋階段分析可以得出如下施工控制優(yōu)化分析結(jié)論：(1)從開羅大橋內(nèi)力分析結(jié)果（圖2圖4）來看，基本符合結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。但是本工程全橋采用懸臂施工，在施工過程中斜拉橋受力狀態(tài)是不斷變化的，需要不斷調(diào)整控制參數(shù)，確

9、保兩個施工工況之間變化是連續(xù)的。主塔變截面處、主梁與索塔橫梁連接處均出現(xiàn)內(nèi)力突變，施工時要根據(jù)測定結(jié)果及時采取相應(yīng)措施。(2)從成橋階段內(nèi)力數(shù)據(jù)可以看出，內(nèi)力的變化過程并沒有表現(xiàn)出理論分析所得出的變化規(guī)律，原因在于混凝土自身應(yīng)力變化影響了混凝土受力狀態(tài)。(3)雙索塔施工進(jìn)度的不同將導(dǎo)致混凝土收縮、徐變等情況在成橋階段出現(xiàn)差別，如何減弱差別所帶來的不利影響就需要在施工階段通過施工控制分析結(jié)果進(jìn)行不斷調(diào)整，通過對影響因素綜合考慮，使斜拉橋在每一施工工況都能確保其處于合理受力狀態(tài)，最終在斜拉橋合攏后達(dá)到設(shè)計理想狀態(tài)。5 結(jié)論從大橋成橋階段的分析結(jié)果可知，全橋受力狀態(tài)趨于一致，但在細(xì)節(jié)方面設(shè)計圖紙更切合實際。對于施工控制來說，主梁調(diào)高和索力調(diào)整都需要通過實際工程情況不斷優(yōu)化，尤其是雙索塔懸臂施工，不同施工進(jìn)度會影響到合攏后索塔受力狀態(tài)和全橋變形情況，因此需要在施工過程中準(zhǔn)確預(yù)判影響因素，從而與施工方進(jìn)行協(xié)調(diào)，不斷調(diào)整施工方案，最終使全橋在合攏后能夠處于合理受力狀態(tài)。參考文獻(xiàn)1 盛宏玉. 結(jié)構(gòu)動力學(xué)m. 安徽: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社,