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(guò)程，需要采取有效措施來(lái)保證斜拉橋懸臂法施工的順利完成。本文通過(guò)工程實(shí)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(shí)現(xiàn)了合理性，而且在工程中也實(shí)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(guò)程中的作用已越來(lái)越顯著。2 斜拉橋有限元理論有限元法將結(jié)構(gòu)通過(guò)細(xì)分單元化來(lái)解決相對(duì)復(fù)雜的邊界條件問(wèn)題，在分析過(guò)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(duì)復(fù)雜的區(qū)域可以通過(guò)細(xì)分單元來(lái)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(yùn)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(wèn)

4、題的幾個(gè)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(guò)位移函數(shù)可以導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)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(diǎn)力列陣；單元?jiǎng)偠染仃?。通過(guò)分析可以得到：（1

5、-5）5、單元?jiǎng)偠染仃嚰烧w平衡方程組。3 工程概況本文以臨沂市開(kāi)羅大橋項(xiàng)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(zhǎng)2724m，主橋?yàn)殡p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(jí)混凝土，索塔承臺(tái)采用c30級(jí)混凝土。本文參考設(shè)計(jì)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(kāi)羅大橋有限元全橋模型4 分析結(jié)果模型運(yùn)行分析后要對(duì)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此需要重點(diǎn)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(wú)法得到實(shí)際工程數(shù)據(jù)與理論模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果3，但是通過(guò)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(lái)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(guò)開(kāi)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(kāi)羅大橋內(nèi)力分析結(jié)果（圖2圖4）來(lái)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(guò)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(gè)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(shí)要根據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)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(guò)程并沒(méi)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(lái)的不利影響就需要在施工階段通過(guò)施工控制分析結(jié)果進(jìn)行不斷調(diào)整，通過(guò)對(duì)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(jì)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(jì)圖紙更切合實(shí)際。對(duì)于施工控制來(lái)說(shuō)，主梁調(diào)高和索力調(diào)整都需要通過(guò)實(shí)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(huì)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(guò)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(dòng)力學(xué)m. 安徽: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社,