斜拉橋受力狀態(tài)優(yōu)化及理論計(jì)算

斜拉橋受力狀態(tài)優(yōu)化及理論計(jì)算分析1概述2斜拉橋恒載受力狀態(tài)的優(yōu)化3斜拉橋的有限位移理論分析4斜拉橋的穩(wěn)定計(jì)算5考慮二階效應(yīng)的近似計(jì)算6小結(jié)本章主要內(nèi)容斜拉橋：塔、梁、拉索三種基本構(gòu)件組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為柔性的受力特性設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)階段和計(jì)算要求來選用相應(yīng)的力學(xué)模式和計(jì)算理論1.概述1.概述(續(xù))計(jì)算模式是設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵概念設(shè)計(jì)階段:主要研究結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以求獲得理想的結(jié)構(gòu)布置，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力精度要求不高，可以采用平面桿系模式技術(shù)設(shè)計(jì)階段:若僅僅計(jì)算恒、活載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，仍可選用平面桿系模式，此時(shí)活載的空間效應(yīng)用橫向分布系數(shù)或偏載系數(shù)來表達(dá)1.概述(續(xù))

計(jì)算模式是設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵計(jì)算空間荷載(風(fēng)載、地震荷載、局部溫差等)作用下的靜力響應(yīng):空間桿系模式，注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模式間的剛度等效性計(jì)算全橋構(gòu)件的應(yīng)力分布特性:空間板殼、塊體和梁單元的組合模式，注意不同單元結(jié)合部的節(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)性。

a)空間桿系模式

b)塊、殼、梁組合模式

圖13-1斜拉橋計(jì)算模式

1.概述(續(xù))計(jì)算模式是設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵局部應(yīng)力有限元分析:特殊部件的應(yīng)力集中現(xiàn)象:斜拉索錨索區(qū)、塔梁固結(jié)區(qū)等根據(jù)圣維南原理，將特殊構(gòu)件從整體結(jié)構(gòu)中取出，細(xì)分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，將整體結(jié)構(gòu)在分離斷面處的內(nèi)力、位移作為被分析子結(jié)構(gòu)的邊界條件進(jìn)行二次分析

1.概述(續(xù))計(jì)算理論的選用也十分重要大跨徑斜拉橋是柔性結(jié)構(gòu)體系，非線性影響較為突出。概念設(shè)計(jì)階段：主要研究成橋狀態(tài)下宏觀的力學(xué)響應(yīng)特征，此時(shí)結(jié)構(gòu)剛度較大，因此，計(jì)算可采用計(jì)入徐變、收縮的準(zhǔn)非線性分析理論，對(duì)特大跨徑柔性斜拉橋也可按線性二階理論進(jìn)行分析技術(shù)設(shè)計(jì)階段：中等跨徑的斜拉橋恒載分析仍以準(zhǔn)非線性分析理論為主；超大跨徑斜拉橋一般都要按有限位移理論進(jìn)行驗(yàn)算

1.概述(續(xù))斜拉橋要經(jīng)歷一個(gè)分階段施工的過程結(jié)構(gòu)在施工過程中剛度遠(yuǎn)小于成橋狀態(tài)，幾何非線性突出結(jié)構(gòu)的荷載(自重、施工機(jī)具、預(yù)應(yīng)力等)是在施工過程中逐級(jí)施加的每一施工階段都可能伴隨結(jié)構(gòu)構(gòu)形變化；構(gòu)件材料的徐變、收縮；邊界約束增減；預(yù)應(yīng)力張拉和體系轉(zhuǎn)換。后期結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和力學(xué)性能與前期結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系施工階段的結(jié)構(gòu)分析一般采用有限位移理論

1.概述(續(xù))

斜拉橋的設(shè)計(jì)自由度很大，可以通過斜拉索力的調(diào)整來改變結(jié)構(gòu)的受力分配，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力斜拉橋的靜力計(jì)算流程如下圖：

斜拉橋靜力計(jì)算流程圖斜拉橋成橋恒載內(nèi)力分布好壞是衡量設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)之一由于受到設(shè)計(jì)施工中各種條件的限制，要求每座斜拉橋都滿足零彎矩狀態(tài)是不可能也是不現(xiàn)實(shí)的2.斜拉橋恒載受力狀態(tài)的優(yōu)化需要找到一組索力，其對(duì)應(yīng)的成橋態(tài)就是對(duì)應(yīng)目標(biāo)下最優(yōu)的成橋內(nèi)力狀態(tài)。求解這組最優(yōu)索力，并在斜拉橋中加以實(shí)施，也就實(shí)現(xiàn)了斜拉橋的恒載受力優(yōu)化在不改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的前提下，斜拉橋恒載狀態(tài)的優(yōu)化，也就轉(zhuǎn)化為斜拉索力的優(yōu)化問題。2.斜拉橋恒載受力狀態(tài)的優(yōu)化索梁組成的一次超靜定體系，贅余力用拉索的張力N表示2.1索力優(yōu)化的基本概念2.斜拉橋恒載受力狀態(tài)的優(yōu)化(13-1)

圖13-3索梁組合一次超靜定體系梁的彎矩為：如果按變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算贅余力，易得：2.1索力優(yōu)化的基本概念(續(xù))取，，，式(13-2)變成，這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于斜拉橋一次落架時(shí)的恒載內(nèi)力狀態(tài)。為了優(yōu)化梁的受力，可以根據(jù)需要擬定一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，現(xiàn)以梁上彎矩平方和為例，目標(biāo)函數(shù)為：將式(13-1)代入式(13-3)，使目標(biāo)函數(shù)f最小的贅余力為：(13-3)

(13-2)

2.1索力優(yōu)化的基本概念(續(xù))這一狀況相當(dāng)于優(yōu)化后的斜拉橋恒載狀態(tài)。這時(shí)的內(nèi)力狀態(tài)是通過索的張拉來實(shí)現(xiàn)的，正是這一張拉力，改善了梁的受力狀況。(13-4)

圖13-4優(yōu)化前后梁彎矩圖2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評(píng)述1)指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化法這類方法的代表是剛性支承連續(xù)梁法和零位移法零位移法以結(jié)構(gòu)在恒載作用下梁的節(jié)點(diǎn)位移為零作為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)于支架上一次落架的斜拉橋，其結(jié)果與剛性支承連續(xù)梁法幾乎一致(梁的EA)懸拼結(jié)構(gòu)或懸澆的結(jié)構(gòu)，零位移法是沒有意義的2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評(píng)述(續(xù))2)斜拉索力的無約束優(yōu)化法典型例子是彎曲能量最小法和彎矩最小法彎曲能量最小法：用結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)變能作為目標(biāo)函數(shù)彎矩最小法：以彎矩平方和作為目標(biāo)函數(shù)2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評(píng)述(續(xù))3)索力的有約束優(yōu)化典型例子：用索量最小法和最大偏差最小法用索量最小法：用斜拉橋索的用量(張拉力乘索長)作為目標(biāo)函數(shù)，用關(guān)心截面內(nèi)力、位移期望值范圍作為約束條件。最大偏差最小法：將可行域中參量與期望值的偏差作為目標(biāo)函數(shù)，使最大偏差達(dá)到最小。2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評(píng)述(續(xù))

斜拉橋受力性能的好壞要根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)來評(píng)價(jià)，并不能用單一的目標(biāo)函數(shù)來統(tǒng)一表示

工程界期望在斜拉橋索力優(yōu)化過程中，既能計(jì)入各種因素的影響，又能分別得到不同目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，供設(shè)計(jì)者進(jìn)行比選下面通過調(diào)值計(jì)算原理，介紹一種具備這種功能的索力優(yōu)化方法2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法1)成橋三態(tài)的三索力三優(yōu)化為了三方便三討論三，先三以彎三曲能三量最三小為三目標(biāo)三函數(shù)三推導(dǎo)三索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法三，再三通過三討論三來認(rèn)三識(shí)這三種方三法對(duì)三多種三目標(biāo)三函數(shù)三索力三優(yōu)化三的統(tǒng)三一性結(jié)構(gòu)三的彎三曲應(yīng)三變能三可寫三成：(1三3-三5)2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))對(duì)于三離散三的桿三系結(jié)三構(gòu)可三寫成三：式中三：m是結(jié)三構(gòu)單三元總?cè)龜?shù)，Li，Ei，Ii分別三表示i號(hào)單三元的三桿件三長度三，材三料彈三性模三量和三截面三慣矩三，三，三分別三表示三單元三左、三右端三彎矩三。將式三（13三-6）改三寫成三：Ｕ＝{三}T[B三]{三}三+[三]T[B三]{三}式中三：{三}，{三}分別三是左三、右三端彎三矩向三量，B為系三數(shù)矩三陣。(1三3-三6)(1三3-三7)2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))令調(diào)三索前三左、三右端三彎矩三向量三分別三為，三，三改變?nèi)髁θ氖┤{(diào)向三量為{T三}，則三調(diào)索三后彎三矩向三量為三：式中三：[CL]，[CR]分別三為索三力對(duì)三左、三右端三彎矩三的影三響矩三陣。三將式(1三3-三9)代入(1三3-三7)得：（i=三1，2，..三.m）[B三]三=(1三3-三9)(1三3-三8)2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))U=三C0+{三}T[B三][三CL]{三T}三+{三T}T[CL]T[B三][三]三+{T三}T[CL]T[B三][三CL]{三T}三+{三}T[B三][三CR]{三T}三+{T三}T[CR]T[B三][三]+三{T三}T[CR]T[B三][三CR]{三T}式中三：C0是與{T三}無關(guān)三的常三數(shù)。三要使三索力三調(diào)整三后結(jié)三構(gòu)應(yīng)三變能三最小三，則三：（i=三1，2，..三.l）式（13三-1三0）代三入（13三-1三1）并三寫成三矩陣三形式三：([三CL]T[B三][三CL]+三[CR]T[B三][三CR])三{T三}=－[CR]T[B三]{三}－[CL]T[B三][三](1三3-三10三)(1三3-三11三)(1三3-三12三)式(1三3-三12三)給出三了使三整個(gè)三結(jié)構(gòu)三彎曲三能量三最小三時(shí)最三優(yōu)索三力與三彎矩三影響三矩陣三的關(guān)三系。三通過三討論三，容三易得三到如三下結(jié)三論：(1三)如果三取彎三曲應(yīng)三變能三與拉壓三應(yīng)變?nèi)苤腿秊槟咳龢?biāo)函三數(shù)，三則只三要在三式(1三3-三12三)左、三右端三增加三構(gòu)件三拉壓三力與三索力三影響三矩陣三的關(guān)三系項(xiàng)三，就三可得三出相三應(yīng)的三最優(yōu)三索力三方程(2三)如果三需指三定某三些關(guān)三心截三面上三的內(nèi)三力為三定值三，三索力三優(yōu)化三問題三變成三了求三條件三極值三問題2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))2)施工三階段三的索三力優(yōu)三化根據(jù)三施工三逆過三程，三可以三確定三滿足三成橋三優(yōu)化三內(nèi)力三狀態(tài)三下，三各施三工階三段的三內(nèi)力三狀態(tài)三和位三形，三即施工三階段三的理三想狀三態(tài)但在三實(shí)際三施工三時(shí)，三由于三構(gòu)件三自重三、剛?cè)取⑷┕と热?、索三力張三拉誤三差、三溫差三等諸三方面三因素三影響三，可使三施工三階段三結(jié)構(gòu)三實(shí)際三狀態(tài)三嚴(yán)重三偏離三理想三狀態(tài),對(duì)索三力的三優(yōu)化三調(diào)整三是施三工階三段糾三偏的三重要三手段2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))工程三中糾三偏常三用的三方法三是適三當(dāng)調(diào)三整索三力，三使關(guān)三心截三面上三控制三變量三的偏三差最三大限三度地三減小三。施工三過程三中控三制變?nèi)恳匀灰迫秊橹魅?，成三橋狀三態(tài)下三控制三變量三以內(nèi)三力和三索力三為主設(shè)關(guān)三心截三面上n個(gè)控三制變?nèi)康娜`差三向量三為{0}，通三過l根索三的索三力施三調(diào)向三量{T三}作用三，使三誤差三向量三變?yōu)閧}，則三：2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù)){}=三{0}+三[C三]{三T}(1三3-三17三)式中三：[C三]為索三力對(duì)三控制三變量{}的影三響矩三陣?？刂迫兞咳赡苋怯扇P(guān)心三截面三上的三內(nèi)力三、位三移、三支反三力等三混合三控制三變量三組成三的向三量。三這些三變量三的量三綱各三異，三如果三直接三選用三誤差三向量三模的三平方三作為三目標(biāo)三函數(shù)三，可三能導(dǎo)三致優(yōu)三化失三敗，三為此三，三引入三相應(yīng)三的權(quán)三矩陣三來體三現(xiàn)各三控制三變量三的量三綱和三其自三身的三重要三性。三設(shè)權(quán)三矩陣三為[B三]=三Di三ag三(b11，b22，..三.bnn)，取三目標(biāo)三函數(shù)三為：U=三{}T[B三]{}(1三3-三18三)則問三題變?nèi)闪巳?1三3-三12三)的一三個(gè)特三例，三索力三優(yōu)化三方程三為([三C]T[B三][三C]三){三T}三=－[C三]T[B三]{0}2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))(1三3-三19三)3)算例三分析圖13三-5為塔三墩固三結(jié)、三主梁三漂浮三的斜三拉橋三計(jì)算三模型三。全三橋共7對(duì)索三，三單元三編號(hào)三從43號(hào)開三始自三左向三右遞三增。三各構(gòu)三件的三材料三、幾三何特三性見三表13三-1。梁三受有三豎向三均布三荷載q=三50三kN三/m作用三。按三如下三目標(biāo)三調(diào)索三：2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))(1三)使塔三根彎三矩為三零，三并在三索、三梁交三點(diǎn)處三達(dá)到三零位三移。(2三)用彎三矩平三方和三作為三目標(biāo)三函數(shù)三進(jìn)行三索力三優(yōu)化三。(3三)用彎三曲能三量作三為目三標(biāo)函三數(shù)進(jìn)三行索三力優(yōu)三化。(4三)對(duì)塔三的彎三曲能三量權(quán)三數(shù)增三大5倍進(jìn)三行優(yōu)三化。四種三情況三的索三力優(yōu)三化結(jié)三果列三于表13三.2三,相應(yīng)三的彎三矩圖三見圖13三-6三(a～d)。2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))計(jì)算三結(jié)果三表明:(1三)指定三受力三狀態(tài)三的調(diào)三索只三能極三端地三強(qiáng)制三個(gè)別三截面三上受三力較三好，三而無三法顧三及整三體結(jié)三構(gòu)的三受力三。要三求塔三根彎三矩調(diào)三零，三出發(fā)三點(diǎn)是三希望三塔內(nèi)三彎曲三內(nèi)力三小些三，而三事實(shí)三上得三到的三結(jié)果三卻相三反：三塔的三最大三彎矩三上移三，更三不利三于設(shè)三計(jì)，三最三大彎三矩達(dá)30三40三kN三.M三,是四三種情三況中三最差三的。(2三)以彎三矩向三量模三的平三方為三目標(biāo)三函數(shù)三，與三彎曲三能量三為目三標(biāo)函三數(shù)優(yōu)三化的三結(jié)果三相比三較，三后者三可以三反映三剛度三對(duì)彎三矩的三權(quán)效三應(yīng)。三本例三塔的三剛度三較梁三大，三塔三應(yīng)比三梁分三擔(dān)的三彎矩三為大三，計(jì)三算結(jié)三果也三說明三了這三一點(diǎn)三。但三本例三并不三說明三后者三結(jié)果三優(yōu)于三前者三，因三為塔三、梁三是不三同的三受力三構(gòu)件三。只三有對(duì)三同種三受力三狀態(tài)三的變?nèi)孛嫒龢?gòu)件三，三才能三體現(xiàn)三出后三者的三優(yōu)越三性。2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))(3三)根據(jù)三構(gòu)件三受力三特點(diǎn)三調(diào)整三權(quán)量三，可三以充三分發(fā)三揮各三種受三力構(gòu)三件的三特性三。三同樣三以彎三曲能三量為三目標(biāo)三函數(shù)三，本三例情三況４三通過三增大三塔的三權(quán)量三，使三最大三彎矩三從20三40三kN三.M降低三為12三10三kN三.M。(4三)一個(gè)三反映三結(jié)構(gòu)三內(nèi)力三狀況三的目三標(biāo)函三數(shù)的三極值三是由三結(jié)構(gòu)三自身三特性三和荷三載分三布情三況決三定的三。結(jié)三構(gòu)中三一部三分構(gòu)三件受三力的三優(yōu)化三，必三然給三另一三部分三構(gòu)件三帶來三受力三的惡三化。2.三3索力三優(yōu)化三的影三響矩三陣法(續(xù))引起三斜拉三橋幾三何非三線性三的因三素主三要有三三個(gè)三方面三：1、索三的垂三度影三響在分三析斜三拉橋三結(jié)構(gòu)三時(shí)，三常將三斜拉三索模三擬成三桁架三單元三，由三此帶三來了三計(jì)算三模型三與實(shí)三際結(jié)三構(gòu)間三的誤三差。三通常三可用Er三ns三t公式三修正三索彈三性模三量。三由于Eeq是索三端力三的函三數(shù)，三導(dǎo)致三了索三端力三與索三端位三移呈三非線三性。3.斜拉三橋有三限位三移理三論分三析(1三3-三20三)這是三一種三將幾三何非三線性三問題三轉(zhuǎn)化三為材三料非三線性三問題三的近三似方三法，當(dāng)索三內(nèi)應(yīng)三力水三平較三低時(shí),這種三方法三精度三較低三，直三接用三柔索三單元三來模三擬斜三拉索三才能三得到三精確三的結(jié)三果。2、梁三柱效三應(yīng)斜拉三橋主三梁、三主塔三都工三作在三壓彎三狀態(tài)三，引三起了三梁柱三效應(yīng)三。用三梁單三元分三析時(shí)三，可三用穩(wěn)三定函三數(shù)表三示的三幾何三非線三性剛?cè)染厝嚮蛉话闳膸兹蝿側(cè)汝嚾齺碛?jì)三入這三一效三應(yīng)。三前者三精度三高，三但計(jì)三算工三作量三大；三后者三精度三稍低三，計(jì)三算工三作量三小。3、大三位移三效應(yīng)由于三斜拉三橋具三有柔三性結(jié)三構(gòu)特三征，三外荷三載作三用下三結(jié)構(gòu)三變形三較大三，平三衡方三程必三須建三立在三變形三后的三位置三上。三可以三用大三位移三剛度三陣或三基于U.三L列式三的有三限位三移理三論計(jì)三入這三一效三應(yīng)。3.斜拉三橋有三限位三移理三論分三析(續(xù))施工三仿真三計(jì)算三主要三采用三前進(jìn)三分析三和倒三退分三析法前進(jìn)三分析三法：三以計(jì)三算斜三拉橋三施工三過程三中內(nèi)三力、三構(gòu)形三，以三保證三施工三的合三理與三安全三為目三的的三仿真三施工三過程三的計(jì)三算方三法倒退三分析三法：三將成三橋狀三態(tài)作三為目三標(biāo)，三以計(jì)三算斜三拉橋三拉索三初張三力和三拼裝三節(jié)段三標(biāo)高三等理三想施三工參三數(shù)為三目的三的逆三施工三過程三的計(jì)三算方三法3.斜拉三橋有三限位三移理三論分三析(續(xù))一般三描述三一座三橋的三施工三過程三需要三如下三信息三：●總?cè)w結(jié)三構(gòu)●施三工方三式●各個(gè)三施工三階段三的荷三載3.斜拉三橋有三限位三移理三論分三析(續(xù))3.三1前進(jìn)三分析總體三結(jié)構(gòu)三：橋梁三從施三工到三成橋三的過三程中三，出三現(xiàn)的“最大”結(jié)構(gòu),包括三結(jié)構(gòu)三離散三狀態(tài)三的節(jié)三點(diǎn)、三單元三、幾三何材三料、三預(yù)應(yīng)三力索三、構(gòu)三件的三徐變?nèi)?、收三縮、三組合三單元三及剛?cè)坌湃⒌仁┕と绞饺畔⑷焊鱾€(gè)三施工三階段三中，三在已三建結(jié)三構(gòu)上三新增三加或三拆除三構(gòu)件三的數(shù)三量及三單元三；新三增加三或拆三除的三支座三；新三張拉三或放三張的三預(yù)應(yīng)三力索三數(shù)和三索號(hào)三；臨三時(shí)鉸三的封三結(jié)或三臨時(shí)三固結(jié)三的釋三放等施工三荷載三信息三：在已三建結(jié)三構(gòu)上三新增三減的三荷載三、溫三變、三支座三變位三、預(yù)三應(yīng)力三張拉三力荷三載及三調(diào)值三信息3.三1前進(jìn)三分析(續(xù))在前三進(jìn)分三析中三，由三于結(jié)三構(gòu)剛?cè)容^三小，三砼構(gòu)三件齡三期短三、位三移大三、徐三變收三縮量三大，三結(jié)構(gòu)三非線三性表三現(xiàn)突三出，三所示三非線三性的三求解三策略三顯得三尤為三重要3.三1前進(jìn)三分析(續(xù))前進(jìn)三分析三系統(tǒng)三的流三程圖倒退三分析三是以三成橋三態(tài)t=三t0時(shí)刻三的內(nèi)三力狀三態(tài)為三參考三狀態(tài)三，以三設(shè)計(jì)三的成三橋線三形為三參考三構(gòu)形三，對(duì)三結(jié)構(gòu)三進(jìn)行三虛擬三倒拆三并逐三階段三進(jìn)行三分析三，計(jì)三算每三次卸三除一三個(gè)施三工段三對(duì)剩三余結(jié)三構(gòu)的三影響三的計(jì)三算方三法對(duì)于三線性三結(jié)構(gòu)三，用三倒退三分析三結(jié)果三進(jìn)行三理想三施工三，保三證每三一階三段都三不出三現(xiàn)偏三差，三就可三以在t=三t0時(shí)刻三達(dá)到三成橋三狀態(tài),從理三論上三講，倒退三分析三的結(jié)三果可三直接三用于三指導(dǎo)三線性三結(jié)構(gòu)三的設(shè)三計(jì)施三工，三并作三為施三工控三制的三目標(biāo)3.三2倒退三分析單一三的倒三退分三析可三由前三進(jìn)分三析的三逆過三程來三實(shí)現(xiàn)首先三，激三活虛三擬結(jié)三構(gòu)中三成橋三態(tài)的三所有三單元三、約三束節(jié)三點(diǎn)、三預(yù)應(yīng)三力索三，并三將外三荷載三作用三于結(jié)三構(gòu)，三通過三恒載三優(yōu)化三確定三成橋三態(tài)結(jié)三構(gòu)的三最優(yōu)三受力三狀態(tài)三，并三將位三移賦三零，三其目三的是三使設(shè)三計(jì)結(jié)三構(gòu)的三應(yīng)力三、構(gòu)三形滿三足初三始描三述在此三基礎(chǔ)三上，三逐階三段對(duì)三結(jié)構(gòu)三進(jìn)行三倒拆三分析三。得三到的三位移三和內(nèi)三力狀三態(tài)表三示：三要使三成橋三態(tài)結(jié)三構(gòu)滿三足倒三拆前三的狀三態(tài)，三本階三段已三建結(jié)三構(gòu)所三必須三具備三的狀三態(tài)當(dāng)計(jì)三入徐三變等三的時(shí)三效影三響，三用單三一的三倒退三分析三確定三斜拉三橋的三施工三狀態(tài)三，就三會(huì)遇三到前三進(jìn)分三析與三倒退三分析三的狀三態(tài)不三閉合三問題3.三2倒退三分析(續(xù))斜拉三索施三工較三多采三用一三次張三拉法要求三對(duì)新三拼梁三段設(shè)三置事三先確三定的預(yù)拱三度要求三對(duì)新三安裝三的斜三拉索三以事三先確三定的初始三張拉三力進(jìn)行三張拉如何三來確三定這三組拉三索初三張力三和梁三段的三預(yù)拱三度？3.三3初始三張拉三力與三施工三預(yù)拱三度的三計(jì)算3.三3初始三張拉三力與三施工三預(yù)拱三度的三計(jì)算(續(xù))對(duì)結(jié)三構(gòu)進(jìn)三行倒三退分三析，三計(jì)算三每卸三除一三個(gè)施三工段三對(duì)剩三余結(jié)三構(gòu)的三影響三，就三能得三到各三索的三初始三張拉三力和三梁的三安裝三預(yù)拱三度但這三樣的三倒退三分析三與實(shí)三際施三工存三在著三諸多三不閉三合因三素，三歸結(jié)三起來三主要三有以三下幾三點(diǎn)：1)計(jì)算三狀態(tài)三的不三閉合成橋三狀態(tài)三在合三龍截三面處三一般三都有三一定三的彎三矩，三而自三由合三龍時(shí)三該截三面彎三矩為三零,說明三一次三張拉三法施三工與三倒退三分析三狀態(tài)三往往三是不三閉合三的如果三索力三和支三反力三值的三不一三致導(dǎo)三致結(jié)三構(gòu)受三力狀三態(tài)偏三離優(yōu)三化受三力狀三態(tài)較三小，三采用三這一三施工三方案三又能三簡化三施工三，則三可用三后者三代替三成橋三內(nèi)力三狀態(tài)否則三必須三在結(jié)三構(gòu)合三龍后三實(shí)施三索力三調(diào)整三，這三一步三工作三必須三作為三一個(gè)三施工三步驟三反映三在確三定初三始張三拉力三與施三工預(yù)三拱度三的分三析過三程中3.三3初始三張拉三力與三施工三預(yù)拱三度的三計(jì)算(續(xù))3.三3初始三張拉三力與三施工三預(yù)拱三度的三計(jì)算(續(xù))2)結(jié)構(gòu)三預(yù)應(yīng)三力、三徐變?nèi)?、收三縮引三起結(jié)三構(gòu)倒三拆分三析內(nèi)三力與三實(shí)際三施工三內(nèi)力三的不三閉合3)斜拉三索垂三度效三應(yīng)和三結(jié)構(gòu)三大位三移效三應(yīng)等三幾何三非線三性引三起的三倒拆三分析三內(nèi)力三與實(shí)三際施三工內(nèi)三力的三不閉三合單用三倒退三分析三法確三定的三斜拉三橋初三始張三拉力三與施三工預(yù)三拱度三往往三是失三真的三，無三法直三接用三于設(shè)三計(jì)、三施工采用三前進(jìn)三、倒三退分三析交三互迭三代法可以三消除三這些三不閉三合因三素影三響，三其主要三內(nèi)容三有：3.三4斜拉三橋?qū)嵢龝r(shí)跟三蹤控三制簡三介目的三：確保三結(jié)構(gòu)三在施三工過三程中三的安三全，三將施三工理三想狀三態(tài)作三為控三制目三標(biāo)，三力圖三減小三由于三各種三擾動(dòng)三產(chǎn)生三的輸三出量三與參三考量三之間三的偏三差，三從受三力與三線型三上逼三近設(shè)三計(jì)狀三態(tài)。一般三包括三以下三內(nèi)容三：1)解析三系統(tǒng)三。包括三斜張三橋施三工仿三真分三析、三反饋三控制三和誤三差分三析三三大部三分。施工三仿真三分析三部分三應(yīng)具三備倒三退分三析和三實(shí)時(shí)三跟蹤三仿真三分析三功能三。通三過跟三蹤仿三真分三析可三掌握三實(shí)際三結(jié)構(gòu)三信息三，為三誤差三分析三提供三依據(jù)三；反饋三控制三和誤三差分三析部三分，三可根三據(jù)現(xiàn)三場實(shí)三測(cè)數(shù)三據(jù)和三誤差三信息三進(jìn)行三施工三誤差三原因三分析三，并三定出三控制三向量三（如三索力三調(diào)整三向量三），三指導(dǎo)三現(xiàn)場三作業(yè)三。3.三4斜拉三橋?qū)嵢龝r(shí)跟三蹤控三制簡三介(續(xù))2)計(jì)測(cè)三系統(tǒng)三。包括三設(shè)計(jì)三參數(shù)三計(jì)測(cè)三與施三工管三理參三數(shù)計(jì)三測(cè)兩三方面三。設(shè)計(jì)三參數(shù)三包括三材料三、容三重、三彈性三模量三、預(yù)三制或三現(xiàn)澆三構(gòu)件三尺寸三、施三工荷三載及三狀態(tài)三等內(nèi)三容。三通過三采樣三分析三可以三獲得三各參三數(shù)的三誤差三情況三。為三誤差三分析三和修三正設(shè)三計(jì)提三供依三據(jù)；施工三管理三參數(shù)三主要三包括三索力三、梁三、塔三變位三、截三面應(yīng)三力和三臨時(shí)三支架三或輔三助墩三的支三座反三力等三。3)報(bào)警三系統(tǒng)三。在允三許的三范圍三內(nèi)給三定誤三差標(biāo)三準(zhǔn)，三當(dāng)施三工管三理參三數(shù)誤三差超三出誤三差允三許范三圍時(shí)三，給三出報(bào)三警信三號(hào)，三并指三導(dǎo)施三工調(diào)三整。三在實(shí)三時(shí)跟三蹤控三制中三，誤三差分三析、三狀態(tài)三估計(jì)三與糾三偏是三關(guān)鍵三技術(shù)三。3.三5斜拉三橋的三空間三分析在橫三向風(fēng)三荷載三、汽三車偏三載以三及其三它空三間荷三載作三用下，斜三拉橋三應(yīng)按三空間三模式三進(jìn)行三有限三位移三理論三分析一般三將斜三拉橋三簡化三成空間三桿系結(jié)構(gòu)三模式三，主三梁的三桿系三模式三要根三據(jù)具三體的三截面三形式三來定對(duì)自三由扭三轉(zhuǎn)剛?cè)容^三大的三閉口三箱梁三斷面三，常三選用“魚骨”模式3.三5斜拉三橋的三空間三分析(續(xù))具有三分離三邊箱三梁的三主梁三斷面三，可三以選三用雙三梁式三模型在力三學(xué)模三型簡三化時(shí)三，應(yīng)三注意三邊梁三豎向三抗彎三剛度三提供三的約三束扭三轉(zhuǎn)剛?cè)扰c三實(shí)際三結(jié)構(gòu)三的等三效性缺點(diǎn)三是難三以模三擬側(cè)三向抗三彎剛?cè)?，三?jì)算三側(cè)向三靜風(fēng)三響應(yīng)三有較三大誤三差3.三5斜拉三橋的三空間三分析(續(xù))計(jì)算三側(cè)向三荷載三響應(yīng)三時(shí)，三最好三采用三主三梁模三式通過三剛度三分配三原則三來等三效主三梁剛?cè)龋?)主梁三的面三積和三側(cè)向三抗彎三剛度三全部三集中三于中三梁；2)主梁三的豎三向抗三彎剛?cè)燃嫒欂Q三向剛?cè)扰c三約束三扭轉(zhuǎn)三剛度三的等三效性三；3)自由三扭轉(zhuǎn)三剛度三和部三分約三束扭三轉(zhuǎn)剛?cè)瓤扇腥谥腥?。用板三、梁三、殼三及其三組合三單元三來仿三真實(shí)三際結(jié)三構(gòu)3.三5斜拉三橋的三空間三分析(續(xù))空間三非線三性分三析時(shí)，三以成三橋恒三載狀三態(tài)為三參考三狀態(tài)三，用U.三L列式三的有三限位三移理三論就三可以三分析三各種三空間三荷載三的靜三力響三應(yīng)大跨三徑斜三拉橋三的計(jì)三算通三?？扇詣澣譃槿齻€(gè)三層次結(jié)構(gòu)三整體三分析主要三構(gòu)件三分析，如三梁和三塔柱三的三三維應(yīng)三力分三析局部三細(xì)節(jié)三或構(gòu)三造的三應(yīng)力三分析，如三索梁三錨固三構(gòu)造3.三5斜拉三橋的三空間三分析(續(xù))局部三應(yīng)力三分析三一般三建立三在整三體分三析的三基礎(chǔ)三上在整三體結(jié)三構(gòu)中三取出三包括三關(guān)心三區(qū)域三在內(nèi)三的構(gòu)三件作三為分三析對(duì)三象，三將分三析對(duì)三象用三板、三殼或三實(shí)體三等參三元進(jìn)三行模三擬將最三不利三工況三下結(jié)三構(gòu)在三取出三構(gòu)件三斷面三處的三內(nèi)力三、變?nèi)巫魅秊榉秩鰧?duì)三象的三力和三位移三邊界三條件分析三出相三應(yīng)的三局部三應(yīng)力斜拉三橋的三梁、三塔在三外荷三作用三下，三處在三壓、三彎狀三態(tài)平面三內(nèi)的三壓、三彎失三穩(wěn)出平三面的三彎、三扭失三穩(wěn)斜拉三橋在三靜風(fēng)三三分三力作三用下扭轉(zhuǎn)三發(fā)散三或彎三扭失三穩(wěn)本節(jié)三介紹三斜拉三橋外荷三作用三下實(shí)三用穩(wěn)三定計(jì)三算方三法靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析4.斜拉三橋的三穩(wěn)定三計(jì)算兩端三鉸接三的彈三性支三承梁三，在三軸壓三力超三過臨三界值三時(shí)，三將屈三曲成三若干三個(gè)半三波，三取其三中一三個(gè)半三波作三為研三究對(duì)三象，三座標(biāo)三原點(diǎn)三取在三半波三的中三央，三近似三假定三其屈三曲模三態(tài)為三余弦三曲線4.斜拉三橋的三穩(wěn)定三計(jì)算4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(1三3-三21三)圖13三-1三0兩端三鉸接三的彈三性支三承梁三一個(gè)三半波彈性三支承三的等三效彈三性介三質(zhì)系三數(shù)可三表示三為：4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(續(xù))彈性三支承三反力R與撓三度成三正比波節(jié)三點(diǎn)的三剪力中點(diǎn)三彎矩三可寫三成：(1三3-三22三)(1三3-三23三)(1三3-三24三)(1三3-三25三)利用三邊界三條件三；得：由三易三得，P值最三小時(shí)三：(1三3-三28三)代入(1三3-三27三)得：斜拉三橋的三加勁三梁可三近似三看成三是彈性三支承三上的三連續(xù)三梁，因三此，三它的三臨界三軸力三就可三仿照三彈性三支承三梁的三方式三來導(dǎo)三得(1三3-三26三)(1三3-三27三)(1三3-三28三)(1三3-三29三)4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(續(xù))實(shí)際三計(jì)算三模型三與彈三性支三承連三續(xù)梁三有三個(gè)三主要三不同三點(diǎn)：1)彈性三支承三梁的三彎曲三剛度三為常三量EI，斜三拉橋三的彎三曲剛?cè)瓤扇苁侨饺鶚?biāo)x的函三數(shù)2)彈性三支承三梁的三軸力三為常三量P，斜三拉橋三的梁三內(nèi)軸三力是x的函三數(shù)N(三x)3)彈性三支承三梁的三彈性三介質(zhì)三系數(shù)為常三量，三斜拉三橋的三等效三介質(zhì)三系數(shù)三為x的變?nèi)?x三)斜拉三索的三等效三彈簧三剛度k可參三照?qǐng)D13三.1三1的幾三何關(guān)三系導(dǎo)三得：4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(續(xù))式中三：三為索三與梁三的夾三角；分別三為單三位力三在A點(diǎn)引三起索三伸長三和塔三彎曲三所產(chǎn)三生的三豎向三位移三分量三；為斜三拉索三長度三；AC,Ec為斜三拉索三軸向三拉伸三剛度三；為索三、塔三剛度三比；EtIt為塔三彎曲三剛度三。(1三3-三30三)圖13三-1三1拉索三變形的三幾何三關(guān)系4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(續(xù))它是x的函三數(shù)，三將某三一x代入三式(1三3-三31三)得到三的臨三界軸三力稱三為名義三臨界三軸力名義三臨界三軸力三與該三處梁三的實(shí)三際軸三力之三比稱三為該三點(diǎn)的名義三屈曲三安全三度，可三取其三最小三值作三為加三勁梁三的屈三曲安三全系三數(shù)根據(jù)三式(1三3-三30三)，由k就可三導(dǎo)出三等效三，仿三照式(1三3-三29三)的形三式，三可將三斜拉三橋主三梁面三內(nèi)穩(wěn)三定臨三界軸三力寫三成：(1三3-三31三)4.三1加勁三梁的三面內(nèi)三穩(wěn)定三實(shí)用三計(jì)算(續(xù))4.三2主塔三的穩(wěn)三定估三算在施三工階三段，三主要三考慮三塔柱三上附三有施三工設(shè)三備等三荷重三，斜三拉橋三尚未三合攏三時(shí)的三情形主塔三可簡三化為一端三固結(jié)三的變?nèi)孛嫒軌喝?，常三常將三塔換三算成三等截三面受三壓柱三來計(jì)三算設(shè)面三內(nèi)、三外較三小的三等效三抗彎三剛度三為EI，塔三高為h，于三是，三塔的三臨界三荷載三可近三似地三寫成三：(1三3-三32三)4.三3斜拉三橋穩(wěn)三定計(jì)三算的三有限三元方三法以斜三拉橋成橋三后施三加橋三面均三布荷三載的三穩(wěn)定三問題為例三來說三明其三曲屈三穩(wěn)定三計(jì)算三的有三限元三方法將斜三拉橋三結(jié)構(gòu)三簡化三成桿三系模三式，三確定三布載三前斜三拉橋三的成三橋內(nèi)三力狀三態(tài)，三這個(gè)三狀態(tài)三應(yīng)根三據(jù)實(shí)三際設(shè)三計(jì)恒三載狀三態(tài)通三過施三工仿三真計(jì)三算得三到，三此時(shí)三結(jié)構(gòu)三的切三線剛?cè)染厝嚳扇磉_(dá)三為：(1三3-三33三)式中三：[K三]0——結(jié)構(gòu)三的彈三性剛?cè)染厝嘯K三]G——結(jié)構(gòu)三成橋三內(nèi)力三的幾三何剛?cè)染厝?.三3斜拉三橋穩(wěn)三定計(jì)三算的三有限三元方三法(續(xù))再計(jì)三算出三單位三橋面三均布三荷載三引起三的內(nèi)三力增三量，三相應(yīng)三于內(nèi)三力增三量的三幾何三剛度三陣為[K三]q，則三斜拉三橋橋三面施三加均三布荷三載的三穩(wěn)定三問題三，可三由下三式計(jì)三算：式中三：三施加三橋面三均布三荷載三的穩(wěn)三定安三全系三數(shù)。(1三3-三34三)4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析假定三平均三風(fēng)速三以攻三角α0作用三于主三梁產(chǎn)三生扭三轉(zhuǎn)角三為作用三于變?nèi)魏笕髁喝龁挝蝗鐝饺L上三的風(fēng)三力分三量可三按風(fēng)三速記三作：式中三：D、L、M分別三為每三單位三跨長三的平三均阻三力、三升力三和升三力矩三，它三們都三是功三角的三函數(shù)三，如三圖13三-1三2所示三；(1三3-三35三)圖13三-1三2穩(wěn)定三氣流三重的三主梁三橫截三面4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))為空三氣密三度；B為主三梁寬三；An為迎三風(fēng)投三影面三積；CD、CL和CM分別三為風(fēng)三力方三向上三阻力三、升三力、三升力三矩的三靜力三氣動(dòng)三系數(shù)三，是三攻角三的函三數(shù)，三如圖13三-1三3所示：圖13三-1三3靜力三三分三系數(shù)三曲線4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))將風(fēng)三力可三轉(zhuǎn)換三為全三橋座三標(biāo)軸三上的三風(fēng)力三，如三圖13三-1三2所示三。上面(1三3-三36三)、(1三3-三37三)兩式三中的三是全三橋座三標(biāo)系三中的三相對(duì)三風(fēng)速三，三是三全橋三座標(biāo)三系中三的靜三力氣三動(dòng)系三數(shù)。至此三可建三立起三風(fēng)荷三載下三的非三線性三穩(wěn)定三分析三模型三，包三括如三下兩三個(gè)步三驟：(1三3-三36三)這里三：(1三3-三37三)4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))第一三步，三完成三在給三定風(fēng)三速V以攻三角三作三用下三的初三始風(fēng)三力的三分析三。平三衡方三程如三下：這里三的Ke和K分別三是基三于在三重力三荷載三作用三下產(chǎn)三生的三位移u和應(yīng)三力的結(jié)三構(gòu)彈三性剛?cè)染厝嚭腿龓缀稳齽偠热仃嚾?；U是位三移矢三量；P0是基三于未三變形三的主三梁結(jié)三構(gòu)的三初始三風(fēng)力三，三由三代入三式(1三3-三41三)得出三；上三標(biāo)G表示三重力三。(1三3-三38三)4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))第二三步，三按如三下步三驟完三成由三于主三梁的三扭轉(zhuǎn)三變彎三形及三隨之三而增三大攻三角所三產(chǎn)生三的附三加風(fēng)三力作三用下三的非三線性三分析三。在三完成三前述三初始三風(fēng)力三作用三下的三非線三性分三析后三，得三出總?cè)灰迫统跞純?nèi)三力。三從這三些位三移中三可求三出現(xiàn)三在的三氣動(dòng)三靜力三系數(shù)三，三并分三別轉(zhuǎn)三化為三。三橋在三受到三第j步的三附加三風(fēng)力三下的三線性三增量三平衡三方程三為：(1三3-三39三)4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))式中Pj和Pj.三1分別三是結(jié)三構(gòu)受三到的三由本三次及三前次三攻角三下位三移決三定的三風(fēng)荷三載；三上標(biāo)W代表三風(fēng)載三，繼三續(xù)上三述迭三代步三驟，三求出三每個(gè)三循環(huán)三完成三時(shí)的三附加三風(fēng)力三。當(dāng)靜三力氣三動(dòng)系三數(shù)的三歐幾三里得三范數(shù)三小于三規(guī)定三的容三許值三時(shí)，三就得三出給三定風(fēng)三速下三的收三斂準(zhǔn)三則。三歐幾三里得三范數(shù)三寫作三：(1三3-三40三)4.三4靜風(fēng)三作用三下的三橫向三穩(wěn)定三分析(續(xù))上式三中k是給三定允三許值三，Na是承三受位三移決三定的三風(fēng)荷三載的三節(jié)點(diǎn)三數(shù)。對(duì)于三小于三臨界三風(fēng)速三的任三意給三定風(fēng)三速，三上述三過程三都會(huì)三收斂三。在每三個(gè)迭三代循三環(huán)中三，分三析結(jié)三構(gòu)的三切剛?cè)染厝嚳扇贸鋈Y(jié)構(gòu)三是穩(wěn)三定的三、不三穩(wěn)定三的或三隨遇三平衡三的。由于三考慮三了分三析模三型受三到的三由位三移決三定的三風(fēng)荷三載的三三個(gè)三分量三，既能三分析三其非三線性三橫向三彎扭三失穩(wěn)三的安三全性三，也三能研三究其三非線三性扭三轉(zhuǎn)發(fā)三散的三安全三性。如果三在式(1三3-三38三)和式(1三3-三39三)中忽三略阻三力D和升三力L的影三響，三就可三計(jì)算三結(jié)構(gòu)三的非三線性三扭轉(zhuǎn)三發(fā)散三。如三果攻三角為0，即三風(fēng)向三與橋三面一三致，三那么三風(fēng)力Fx、Fy和Mz就分三別等三于D、L和M。斜拉三橋的三梁、三塔都三可看三成是三壓彎三梁，三簡單三的壓三彎梁三平衡三微分三方程三可寫三成：5.考慮三二階三效應(yīng)三的近三似計(jì)三算5.三1活載三的線三性二三階理三論近三似計(jì)三算法斜拉三橋在三活載q(三x)作用三下，三構(gòu)件三軸力N(三x)包含三兩項(xiàng)三，一三