斜拉橋第七節(jié)2016-12-06

纜索承重橋梁—斜拉橋(六)1_____________________________王志強(qiáng)，同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系，橋梁館405室聯(lián)系電話：65987577：Email:wangzhiq@普通鋼筋的配置；縱向預(yù)應(yīng)力筋：分段布置，一般在主跨跨中和邊跨端部；橫向預(yù)應(yīng)力筋、豎向預(yù)應(yīng)力筋配置；預(yù)應(yīng)力度?；炷林髁褐袖摻睿ㄊ┑牟贾每傮w布置結(jié)合梁截面中混凝土橋面板與鋼梁的聯(lián)接拉索在結(jié)合梁上的錨固構(gòu)造鋼—混凝土結(jié)合梁的構(gòu)造特點(diǎn)總體布置1）結(jié)合梁結(jié)構(gòu)體系2）邊跨設(shè)置輔助墩及過渡孔3）結(jié)合梁主梁節(jié)段布置（布置1-2根索、2-4根橫梁為宜）4）結(jié)合梁橫截面布置5）混凝土橋面板（厚度和施工方法）2）邊跨設(shè)置輔助墩及過渡孔總體布置結(jié)合梁截面中混凝土橋面板與鋼梁的聯(lián)接構(gòu)造拉索在結(jié)合梁上的錨固構(gòu)造1）拉索與開口工字梁的錨固構(gòu)造（拉索錨固構(gòu)件設(shè)置在鋼主梁頂面和錨固箱布置在工字型鋼主梁腹板側(cè)面）2）采用拉索錨固梁連接拉索和主梁3）拉索與結(jié)合梁連接的其它形式拉索在結(jié)合梁上的錨固構(gòu)造1）拉索與開口工字梁的錨固構(gòu)造：拉索錨固構(gòu)件設(shè)置在鋼主梁頂面錨固箱布置在工字型鋼主梁腹板側(cè)面作業(yè)：請查閱文獻(xiàn)，選取一座典型的實(shí)際已經(jīng)建成的斜拉橋，總結(jié)其：孔跨布置（是否有輔助墩、過渡孔）、橋塔布置（塔高、截面形式和主要尺寸）、拉索布置、結(jié)構(gòu)體系、拉索類型、梁上和塔上錨固構(gòu)造特點(diǎn)、主梁截面形式以及主要尺寸等，并簡要總結(jié)該橋中確定構(gòu)造形式的原因或理由，以及確定的具體參數(shù)（與教材中提供數(shù)據(jù)比較）是否在合理范圍。斜拉橋的施工斜拉橋施工方法的選擇需要考慮如下一些因素：施工現(xiàn)場自然條件、橋梁規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式、主梁截面形式、橋塔的形狀和斜索的構(gòu)造和布置形狀等?；炷列崩瓨蚩上仁┕ざ铡⑺?。然后施工主梁和安裝拉索；也可按索塔、主梁、拉索三者同時(shí)并進(jìn)。分別按：主梁、索塔、斜索以及施工管理與控制四個(gè)方面給予介紹。一、主梁施工方法介紹二、索塔施工方法三、斜拉索的制作、掛索和張拉四、米盧大橋施工橋例介紹五、斜拉橋的施工控制與調(diào)整一、主梁施工方法介紹支架法施工支架法施工主梁就是在橋孔位置搭設(shè)滿布支架，或在臨時(shí)支墩之間設(shè)置托架或勁性骨架，然后立?，F(xiàn)澆混凝土主梁或拼裝預(yù)制梁段的施工方法。

優(yōu)點(diǎn)：施工簡單，確保主梁設(shè)計(jì)線形斜拉橋主梁施工方法的選擇需要考慮如下一些因素：施工現(xiàn)場自然條件、施工設(shè)備、結(jié)構(gòu)體系、索型、索距和主梁截面形式等。主梁全部在支架上澆筑或拼裝，然后安裝斜拉索，索力調(diào)整過程中主梁逐步脫架；支架法只用于橋梁跨徑小，或橋下凈空低、搭設(shè)支架方便且不影響橋下交通的情況。支架法施工懸臂法施工(懸臂拼裝、懸臂澆注)現(xiàn)代大跨徑斜拉橋主梁常用懸臂法施工法利用斜拉索逐段吊拉主梁，充分發(fā)揮了斜拉橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，減輕了施工荷載，以獲得數(shù)百米長的懸臂；懸臂施工法可分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法兩種：懸臂拼裝法一般先在塔柱兩側(cè)現(xiàn)澆一段起始梁段以提供放置起吊設(shè)備的長度，然后用起吊設(shè)備從塔柱兩側(cè)依次對稱安裝預(yù)制梁段，使懸臂不斷伸長直至合攏；懸臂澆筑法是先在塔柱兩側(cè)現(xiàn)澆部分梁段以提供安裝掛籃的長度，然后用掛籃對稱逐段現(xiàn)澆混凝土直至合攏。懸臂施工若為塔柱兩側(cè)對稱進(jìn)行，稱為雙懸臂施工；當(dāng)邊跨在陸地上、主跨在水面上時(shí)，邊跨可在支架上施工，中跨仍采用懸臂施工，稱為單懸臂施工；懸臂拼裝法用于混凝土主梁時(shí)，需要大噸位的起重設(shè)備，水面上施工時(shí)也可采用大噸位浮吊。對稱懸臂法施工步驟懸臂澆筑法是成熟的施工方法，大部分混凝土斜拉橋主梁都采用懸臂澆筑法施工；早期掛籃每次只能澆筑3～5m，但拉索的索距一般為6～10m，掛籃必須移動兩次才能完成一個(gè)索距施工；目前普遍使用的牽索式掛籃，每次澆筑一個(gè)索距的節(jié)段，工期可以縮短一半；為滿足長掛籃的受力要求，澆筑混凝土?xí)r將斜拉索臨時(shí)錨固在掛籃的前端；待混凝土達(dá)到強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力筋張拉后將拉索錨點(diǎn)轉(zhuǎn)移到主梁上。前支點(diǎn)掛藍(lán)懸臂法施工(懸臂拼裝、懸臂澆注)拉索混凝土短柱后錨點(diǎn)調(diào)高裝置側(cè)錨成型梁段待澆注梁段懸臂法施工(懸臂拼裝、懸臂澆注)武漢長江二橋（180+400+180m）主梁施工單索面箱梁為減輕每次澆筑重量，可將截面分解成中箱、邊箱和懸臂板三部分，按品字形方式向前澆筑。先完成包含錨固系統(tǒng)的中箱，張拉斜拉索，形成獨(dú)立的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；然后以中箱為依托，澆筑兩側(cè)邊箱；最后用懸挑小掛籃澆筑懸臂板；懸臂法施工(懸臂拼裝、懸臂澆注)頂推法施工頂推法進(jìn)行混凝土斜拉橋主梁的施工，需在跨內(nèi)設(shè)置若干臨時(shí)支墩，且在頂推過程中，主梁反復(fù)承受正負(fù)彎矩，頂推法適用于塔梁固結(jié)、墩梁分離體系的斜拉橋。在跨內(nèi)設(shè)若干臨時(shí)支墩，頂推時(shí)可有兩種結(jié)構(gòu)方式：主梁配置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束，頂推過程中為連續(xù)梁，塔柱、斜拉索在主梁頂推到位后安裝或主梁、塔柱和斜拉索在頂推時(shí)已安裝或部分安裝頂推法適用于橋下凈空小、修建臨時(shí)支墩造價(jià)低、支墩不影響通航、主梁可承受正負(fù)彎矩作用情況，常適用于塔梁固結(jié)、墩梁分離體系的斜拉橋平轉(zhuǎn)法施工平轉(zhuǎn)法是將斜拉橋上部結(jié)構(gòu)分別在兩岸或一岸順河流方向的支架上現(xiàn)澆，并在岸上完成落架、張拉、調(diào)索等所有安裝工作，然后以墩、塔為圓心，整體旋轉(zhuǎn)到橋位合龍。適用于橋址地形平坦、墩身較矮及適合整體轉(zhuǎn)動的中小跨徑斜拉橋。45m+65m+95m+40m石景山南站高架橋混凝土斜拉橋主梁假設(shè)方法與跨徑和規(guī)模有密切關(guān)系，一般跨徑及規(guī)模較小時(shí)，常采用支架法施工，跨徑和規(guī)模較大時(shí)用懸臂施工，主梁與施工方法和跨徑之間的關(guān)系見下圖所示。支架上拼裝或現(xiàn)澆：100m左右

頂推法和平轉(zhuǎn)法：不超過200m懸臂拼裝或澆筑：可達(dá)1000m左右混凝土主梁施工注意事項(xiàng)1）主梁在很多情況下采用等截面，這樣模板的倒用率就可提高。此外，為了改善抗風(fēng)穩(wěn)定性，常將梁高縮小，并將腹板做成傾斜狀，故對模板的材料和構(gòu)造要進(jìn)行充分的研究；2）斜索的錨固部位處常有突出部分或橫梁存在，為了要拆裝內(nèi)模，因此，對內(nèi)模作業(yè)是否可行及方便，在計(jì)劃時(shí)要給予充分考慮；3）在主梁節(jié)段的施工周期之間要穿插進(jìn)行斜索的安裝（有時(shí)還要進(jìn)行橋塔的節(jié)段施工），重要的是在制定工程進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，不應(yīng)有妨害斜索架設(shè)和橋塔施工方面的地方；混凝土主梁施工注意事項(xiàng)4）澆注混凝土?xí)r，從關(guān)心橋塔和橋墩的不平衡彎矩出發(fā)，常在當(dāng)天將左右兩個(gè)伸臂節(jié)段澆注完畢，在用混凝土輸送管道澆注時(shí)，要注意管道布置的配合。5）主梁施工中應(yīng)保證拉索的索力符合設(shè)計(jì)要求，由于主梁是逐次形成的，安裝完畢后，應(yīng)使主梁的立面位置符合設(shè)計(jì)要求，不出現(xiàn)過大偏差，因此施工中應(yīng)進(jìn)行控制與調(diào)整。典型的塔墩固接混凝土索塔的施工可按下圖施工順序進(jìn)行：二、索塔施工方法混凝土索塔施工順序塔柱的施工方法混凝土塔柱一般均采用分（節(jié)）段就地澆筑方法施工；每段高度2～5m，類似高墩施工方法，混凝土輸送采用吊斗或混凝土輸送泵；各種塔柱施工方法的不同點(diǎn)，主要是模板和腳手平臺，模板和腳手平臺的做法常用有支架法、整體模板逐段提升、翻轉(zhuǎn)模板法、爬模法、滑模法等。塔柱的施工方法支架法支架法是從地面和墩頂設(shè)置滿布支架及模板，然后現(xiàn)澆塔柱混凝土；適用于高度較小和形狀比較復(fù)雜的塔柱施工，不需特殊裝置和設(shè)備；支架施工方法簡單，工藝成熟，但費(fèi)工費(fèi)料，施工速度慢。分件制作（3-6m），再拼裝成形；利用已澆混凝土上的鋼骨架或?qū)Ｓ昧⒅钤O(shè)起重橫梁，通過橫梁上的輕型起重設(shè)備提升模板；適用于截面尺寸和施工節(jié)段相同的索塔；施工縫處理不好，而且預(yù)埋件較多，索塔的外觀質(zhì)量不易保證。1－已澆索塔；2－待澆節(jié)段；3－模板；4－對拉螺桿；5－鋼架柱；6－橫梁；7－手拉葫蘆整體模板逐段提升法模板設(shè)計(jì)為雙面板，通常分為三節(jié)(1-3m)，通過交替翻轉(zhuǎn)的方式提升模板；施工進(jìn)度較快、外觀差、高空作業(yè)的施工安全性低，本身不能爬升，對起吊設(shè)備要求高。翻轉(zhuǎn)模板法爬模法施工是將工作平臺和模板組拼成可自動升降的整體裝置，利用下節(jié)（3-4節(jié)）已凝固混凝土中預(yù)埋鋼材（或勁性骨架）逐節(jié)提升平臺和模板結(jié)構(gòu)；塔柱的施工方法爬模法施工（模板、爬架和提升設(shè)備系統(tǒng)等組成）機(jī)械化程度較高，可縮短工期，適用于大型橋塔施工滑模施工法是將工作平臺與模板組拼成可自動沿塔柱向上滑移的整體裝置，利用已澆注混凝土中預(yù)埋鋼材（或勁性骨架）安裝滑升裝置，使模板與工作平臺可以逐漸向上滑動；塔柱的施工方法滑模施工法橫梁施工應(yīng)考慮模板支承系統(tǒng)，防止支承系統(tǒng)的連接間隙變形、彈性變形、支承不均勻沉降變形；日照溫差等產(chǎn)生的不均勻變形的影響，以及變形調(diào)節(jié)措施。每次澆注混凝土的供應(yīng)量應(yīng)保證最先澆注混凝土初凝前完成全部澆注，并采取有效措施防止早期養(yǎng)護(hù)期間及每次澆注過程中變形引起混凝土橫梁的開裂。橫梁施工要點(diǎn)鋼索塔施工順序鋼橋塔一般都是將工廠制造好的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件用吊機(jī)在現(xiàn)場安裝架設(shè)。塔墩頂部混凝土面的修整加工：混凝土表面研磨平整法；壓漿法；埋置底座支架法。用浮吊架設(shè)塔柱、用移動式吊機(jī)架設(shè)塔柱、由平臥狀態(tài)作整體吊立等方法?；炷了魉┕ぷ⒁馐马?xiàng)為了保證塔柱混凝土的澆注達(dá)到一定的精度，必須控制模板的變形；塔柱截面常沿高度變化，如A形、倒Y形塔柱軸線還是傾斜的，為了保證軸線、截面尺寸達(dá)到一定的精度要求，應(yīng)考慮每隔一定高度設(shè)置橫向支撐桿，以保證傾斜塔柱的受力、變形和穩(wěn)定性；在索塔上除了有拉索錨固張拉部位的凹槽缺口外，通常還有用作檢查的走道，及出于美觀考慮的截面變化區(qū)域，模板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素；混凝土索塔施工注意事項(xiàng)（續(xù)）索塔上除了設(shè)置本身施工需要的工作平臺外，還需設(shè)置為架設(shè)和張拉拉索用的腳手平臺；由于索塔混凝土是就地澆注，隨著高度的增加，宜采用爬升式塔吊作為起重設(shè)備，并設(shè)置升降設(shè)備；索塔施工是高空作業(yè)，有充分可靠的安全措施，防止上、下層作業(yè)的落物事故；應(yīng)保證拉索錨固點(diǎn)預(yù)埋件位置的精度；施工中應(yīng)進(jìn)行索塔局部測量系統(tǒng)的控制，并與全橋總體測量系統(tǒng)接軌，以便根據(jù)實(shí)際施工情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，避免誤差累計(jì)過大。

制索工藝流程：鋼絲除銹——調(diào)直——應(yīng)力下料——防護(hù)漆——穿錨——鐓頭——澆錨——烘錨——拉索防護(hù)——超張拉——標(biāo)定。

索長計(jì)算：是為得出制作拉索的鋼絲下料長度，首先求出每一根拉索的長度基數(shù)L0，然后對這一基數(shù)進(jìn)行若干修正，即可得到鋼絲的下料長度L。三、斜拉索的制作、掛索和張拉拉索可分為預(yù)制索（成品索）和現(xiàn)制索。拉索的制作（1）預(yù)制索（成品索）掛索：直接利用吊機(jī)將拉索起吊，借助卷揚(yáng)機(jī)將拉索兩端分別穿入主梁上和索塔上的預(yù)留孔，并初步固定在索孔端面的錨板上完成掛索，或設(shè)置臨時(shí)鋼索作為導(dǎo)向纜繩，并用滑輪牽引完成掛索。（2）現(xiàn)制索掛索：現(xiàn)制索即拉索在掛索過程中完成制索，先在拉索上方設(shè)置一根粗大的鋼纜作為導(dǎo)向索，將拉索的聚乙烯防護(hù)套管（或其它拉索防護(hù)套管）懸掛在導(dǎo)向索上，然后逐根穿入鋼絞線（或高強(qiáng)鋼筋），用單根張拉的小型千斤頂調(diào)整好每根鋼絞線（或高強(qiáng)鋼筋）的初應(yīng)力。最后用群錨千斤頂整體張拉，完成制索、掛索和張拉全過程。掛索就是將拉索架設(shè)到索塔錨固點(diǎn)和主梁錨固點(diǎn)之間的位置上，由于斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掛索總是從短索進(jìn)行到長索。

拉索的張拉是拉索完成掛索施工后導(dǎo)入一定的拉力，使拉索開始受拉而參與工作。拉索的張拉工藝、索力及標(biāo)高的控制是斜拉橋施工的關(guān)鍵，應(yīng)按設(shè)計(jì)單位的要求進(jìn)行，并將施工的實(shí)際結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，以便及時(shí)調(diào)整，指導(dǎo)下一步的施工。

斜拉索的張拉包括懸臂架設(shè)時(shí)最外一根拉索的初次張拉，內(nèi)側(cè)緊鄰一根拉索的二次張拉、主梁合龍后的最終張拉，以及施工中間的調(diào)整張拉等。（1）拉索張拉方法：a）用千斤頂直接張拉；b）用臨時(shí)鋼索將主梁前端拉起；c）在支架上將主梁前端向上頂起。國內(nèi)幾乎都采用液壓千斤頂直接張拉拉索的施工工藝。（2）索力測量:千斤頂油壓表、測力傳感器、頻率振動法等拉索的張拉米盧大橋（Millaubridge），這座大橋花費(fèi)了3年時(shí)間修建，于2004年正式通車。站在橋上俯瞰河谷別有一番情趣，當(dāng)有霧氣在橋下山谷縈繞時(shí)，會讓你感到一陣炫目，最高高度有245米。四、米盧大橋施工橋例介紹米盧大橋Millauviaductbridge主梁橫截面典型橋塔布置斜拉索布置橋墩施工頂推施工橋塔施工如果斜拉橋竣工后，拉索索力、主梁內(nèi)力和線形與設(shè)計(jì)相差較大，就會影響橋梁的安全使用。斜拉橋的施工控制與調(diào)整主要包括兩個(gè)方面：a）對于選定施工方法的每個(gè)施工節(jié)段進(jìn)行詳細(xì)的理論計(jì)算，以求得各施工階段的施工控制參數(shù)；b）對于實(shí)際施工中因各種原因?qū)崪y值和理論計(jì)算值出現(xiàn)的不一致問題，采取一定的方法在施工中予以控制和調(diào)整。1)、斜拉橋施工的理論計(jì)算2)、施工管理和施工測試3)、施工控制與調(diào)整五、斜拉橋的施工控制與調(diào)整斜拉橋施工的理論計(jì)算方法主要有以下幾種：1、倒拆法；2）正算法1）斜拉橋施工的理論計(jì)算

倒拆法從斜拉橋成橋狀態(tài)出發(fā)（即理想的恒載狀態(tài)出發(fā)）用與實(shí)際施工步驟相反的順序，進(jìn)行逐步倒退計(jì)算來獲得各施工節(jié)段的控制參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)對施工進(jìn)行控制與調(diào)整，并按正裝順序施工。

正算法是按斜拉橋的施工順序，依次計(jì)算出各施工節(jié)段架設(shè)時(shí)的內(nèi)力和位移。并依據(jù)一定的計(jì)算原則，選定相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)作為未知變量，通過求解方程得到相應(yīng)的控制參數(shù)。（1）剛性支承連續(xù)梁法；（2）五點(diǎn)（四點(diǎn)）為零法；（3）零彎矩懸拼法2）施工管理和施工測試（1）施工管理a)正確計(jì)算恒載重力；b）對施工人員的要求；c）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工；d）嚴(yán)格進(jìn)行各節(jié)段的各項(xiàng)測試；e)實(shí)測值與設(shè)計(jì)值的比較。（2）施工測試a)變形測試；b）應(yīng)力測試；c）溫度測試。3）施工控制與調(diào)整（1）施工控制與調(diào)整原則施工控制通常是指對拉索張拉力的控制調(diào)整和主梁標(biāo)高的控制，以使成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力及外形達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期值。（2）施工控制與調(diào)整方法a）一次張拉法；b）多次張拉法；c）設(shè)計(jì)參數(shù)識別法；d）卡爾曼濾波法開始總體布置、初擬結(jié)構(gòu)尺寸（梁、索、塔和墩等）靜力計(jì)算（恒載、活載及附加荷載計(jì)算）確定成橋合理內(nèi)力狀態(tài)和構(gòu)件尺寸恒載、活載內(nèi)力計(jì)算分析穩(wěn)定性和局部應(yīng)力分析抗風(fēng)分析抗震分析施工過程分析最不利荷載組合收縮、徐變、溫度分析強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性檢算結(jié)束修改設(shè)計(jì)否是一、斜拉橋靜力分析

(整體分析、局部分析、穩(wěn)定分析及施工理論計(jì)算等)二、斜拉橋動力分析

（風(fēng)振分析和地震分析等）斜拉橋的計(jì)算斜拉橋計(jì)算特點(diǎn)和方法概述斜拉索的結(jié)構(gòu)特性——索垂度效應(yīng)平面桿系有限元法（直接剛度法）計(jì)算斜拉橋內(nèi)力和變形斜拉橋的恒載計(jì)算（施工理論計(jì)算）斜拉橋的活載內(nèi)力分析斜拉橋的溫度內(nèi)力計(jì)算和考慮收縮徐變影響的恒載內(nèi)力計(jì)算斜拉橋的穩(wěn)定性及局部應(yīng)力第一節(jié)斜拉橋的靜力分析考慮因素幾何非線性中小跨度索的垂度效應(yīng)P－效應(yīng)大跨度：大變形理論收縮、徐變、溫度等引起的變形和內(nèi)力重分布錨下局部應(yīng)力計(jì)算:先進(jìn)行整體分析，然后按圣維南假定，取出局部進(jìn)行局部應(yīng)力分析施工過程計(jì)算非常重要1）斜拉橋計(jì)算特點(diǎn)和方法第一節(jié)斜拉橋的靜力分析分析方法簡化為平面結(jié)構(gòu)，采用桿系有限元計(jì)算直接采用空間桿系有限元方法

斜拉橋的拉索一般為柔性索，高強(qiáng)鋼絲外包的索套僅作為保護(hù)材料，不參加索的受力，在索的自重作用下有垂度，垂度對索的受拉性能有影響，同時(shí)索力大小對垂度也有影響。(1)索的力學(xué)行為2）斜拉索的結(jié)構(gòu)特性——索垂度效應(yīng)

為了簡化計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算中索一般采用一直桿表示，以索的弦長作為桿長。關(guān)健問題是考慮索垂度效應(yīng)對索的伸長與軸力的關(guān)系影響，這種影響采用修正彈性模量來考慮。垂度:索張力:H未知對于索的跨中截面,有：可得：由于：（2）索的伸長與垂度的關(guān)系索的幾何形狀為懸鏈線，如近似按拋物線考慮，則索在自重作用下的長度為：則索的伸長為：（3）等效彈性模量實(shí)際上在應(yīng)力索的軸向變形由兩部分組成（1）索自身的彈性變形；（2）垂度效應(yīng):則結(jié)構(gòu)的等效彈性模量可表示為：則用彈性模量表示有：其中，為索容重（3）等效彈性模量4）有限元法（直接剛度法）計(jì)算斜拉橋內(nèi)力和變形國內(nèi)對于中小跨度斜拉橋一般采用平面桿系有限元計(jì)算斜拉橋的恒載、活載下的內(nèi)力和變形等，分析時(shí)主梁和塔采用梁單元，而索采用直桿單元，桿單元的彈性模量采用前面推導(dǎo)的修正彈性模量考慮垂度效應(yīng)。進(jìn)行穩(wěn)定及動力計(jì)算時(shí)，大多采用空間桿系有限元分析模型進(jìn)行。對于大跨徑斜拉橋，通常必須考慮主梁、塔柱幾何非線性及其對結(jié)構(gòu)的影響，對于平面模型，桿（索）單元和梁單元的單剛矩陣分別為：(1)索（桿）單元式中A，l分別為斜拉索的鋼絲面積和弦長(2)索單元P－效應(yīng)(3)梁單元（主梁和橋塔）剛度矩陣以及考慮幾何非線性的剛度矩陣令vi＝0、y＝-v，代入梁的彎曲微分方程:求解可得到：對桿端求導(dǎo)并考慮單元轉(zhuǎn)動幾何關(guān)系，導(dǎo)出如下以桿端變形為未知數(shù)的方程：(3)梁單元（主梁和橋塔）剛度矩陣以及考慮幾何非線性的剛度矩陣（續(xù)）當(dāng)N=0，C＝4、S＝2，矩陣[B]就退化為不考慮幾何非線性的情況，即彈性剛度矩陣；當(dāng)N增大到一定值后C＝0，這時(shí)N就是失穩(wěn)臨界荷載，C和S通常被稱為穩(wěn)定函數(shù)。(3)梁單元（主梁和橋塔）剛度矩陣以及考慮幾何非線性的剛度矩陣（續(xù)）由于C、S及γ均與軸力N呈復(fù)雜的非線性關(guān)系，桿端力與桿端位移也不能表示成簡單的關(guān)系。將穩(wěn)定函數(shù)按級數(shù)展開，保留相關(guān)的線性關(guān)系項(xiàng)、略去高階項(xiàng)，最終得到常用考慮幾何非線性的剛度矩陣：(3)梁單元（主梁和橋塔）剛度矩陣以及考慮幾何非線性的剛度矩陣（續(xù)）4）有限元法（直接剛度法）計(jì)算斜拉橋內(nèi)力和變形（續(xù)）5）斜拉橋的恒載計(jì)算

索力優(yōu)化概念成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定斜拉橋施工的理論計(jì)算(1)索力優(yōu)化概念主梁彎矩方程為：（0≤x≤l/2）依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算索力N為：為了簡化討論，令：則索力為：N=ql/2為了優(yōu)化主梁受力，根據(jù)需要選取一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，現(xiàn)以主梁彎矩平方和為例加以說明，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：值為最小。代彎矩方程式進(jìn)入上式，并對索力N求導(dǎo)，的索力N為：此時(shí)主梁彎矩圖如上右圖所示，這一狀況相當(dāng)于優(yōu)化后的斜拉橋恒載狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)是通過調(diào)整索的張拉來實(shí)現(xiàn)的，相應(yīng)的索力不能使結(jié)構(gòu)滿足變形協(xié)調(diào)，正是這一張拉力，改善了梁的受力狀況。斜拉橋索力優(yōu)化方法歸結(jié)起來分為三大類：指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化，無約束的索力優(yōu)化以及有約束的索力優(yōu)化，具體方法分別有：1)指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化方法：剛性支承連續(xù)梁法和零位移法等；2)斜拉索力的無約束優(yōu)化法：彎曲能量最小法和彎矩最小法等；3)索力的有約束優(yōu)化：用索量最小法和最大偏差最小法（2）成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定問題提出：斜拉索是可以主動張拉的，因此索力可以認(rèn)為指定，索力不同，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布會產(chǎn)生極大差異，因此需要對拉索索力進(jìn)行優(yōu)化，使斜拉橋在施工完成后在恒載狀態(tài)下獲得一種合理的內(nèi)力狀態(tài)。因此，選擇一組最優(yōu)的索力是斜拉橋設(shè)計(jì)的首要問題，獲得最優(yōu)的索力方案可從兩方面著手：a)從力學(xué)概念上判別最優(yōu);b)通過數(shù)學(xué)上的優(yōu)化理論獲得最優(yōu)狀態(tài)。成橋索力確定_基于數(shù)學(xué)優(yōu)化理論的方法：1）通過數(shù)學(xué)方法建立一個(gè)優(yōu)化方程，通過優(yōu)化方程的求解得到最優(yōu)索力，如：建立索力與主梁的彎矩、材料用量或其它指標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系（勢能最小或材料最省等），采用數(shù)學(xué)優(yōu)化算法求解索力，使指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值；2）優(yōu)化方法可以適用于任意形式的斜拉橋。剛性支承連續(xù)梁法所謂剛性支承連續(xù)梁法就是求一組恒載索力值，使主梁在恒載和索力作用下，成橋后索梁連接點(diǎn)處的位移為零。這時(shí)主梁的恒載彎矩即為剛性支承連續(xù)梁的彎矩。具體計(jì)算過程如下：首先根據(jù)一次落架，計(jì)算在恒載作用下（索力為零）索梁連接點(diǎn)處的垂直位移和塔頂水平位移i=1,2,3…）然后依次計(jì)算出拉索為單位力時(shí)對這些點(diǎn)的影響量，k為節(jié)點(diǎn)編號，i為拉索邊號。于是在恒載和索力共同作用下，以使各節(jié)點(diǎn)豎向位移為零為條件可以寫出如下線性方程組：成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定目前有多種方法，如剛性支承連續(xù)梁法、指定應(yīng)力法等，這里以剛性支承連續(xù)梁法進(jìn)行簡要描述：該方法只能提供成橋索力的參考值，在實(shí)際橋梁中通常不易實(shí)現(xiàn)。若索距有變化，對應(yīng)連續(xù)梁可能出現(xiàn)負(fù)反力而索力不能為負(fù)值；只有邊跨和中跨索距均相同，邊跨的跨徑約為中跨0.5倍時(shí)，上述方法的計(jì)算結(jié)果才可使用；如果主梁有豎曲線，拉索索力的水平分力將會產(chǎn)生很大的彎矩；沒有考慮塔的受力。剛性支承連續(xù)梁法（續(xù)）_特點(diǎn)（2）成橋狀態(tài)內(nèi)力的初步確定（續(xù)）成橋索力確定_基于數(shù)學(xué)優(yōu)化理論的方法_彎曲能量最小法合理狀態(tài)下主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)最接近軸向受力狀態(tài)，彎曲能量是表達(dá)結(jié)構(gòu)彎矩整體水平的重要指標(biāo)，可通過優(yōu)化計(jì)算減小彎曲能量。(3)斜拉橋施工理論計(jì)算施工受力狀態(tài)問題提出

指各施工階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，必須面臨兩方面的要求：其一為施工過程中受力安全；其二為成橋后滿足合理成橋狀態(tài)要求。當(dāng)施工工序已確定好后，控制施工受力狀態(tài)的參數(shù)主要就是斜拉索各次張拉力和各粱段立模(或安裝定位)標(biāo)高。

斜拉橋主要施工工況包括（施工方案擬定和施工荷載確定）：1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝；2）臨時(shí)構(gòu)件的拆除；3）斜拉索的張拉與索力調(diào)整；4）施加各種集中或均布力；5）預(yù)應(yīng)力張拉、收縮和徐變等因素。軟件應(yīng)具備考慮上述工況的功能，通過前處理把上述工況變?yōu)橛?jì)算模型的變化、體系轉(zhuǎn)換、作用施加等等。斜拉橋合理狀態(tài)包括：合理成橋狀態(tài)和合理施工狀態(tài)。斜拉橋合攏后，還可以通過張拉或者放松拉索調(diào)整成橋內(nèi)力狀態(tài)。一般是先確定合理成橋狀態(tài)，再反推出合理施工狀態(tài)。(3)斜拉橋施工理論計(jì)算（續(xù)）斜拉橋施工狀態(tài)的確定斜拉橋的施工過程是復(fù)雜的，為了使施工過程中的受力合理，同時(shí)又能滿足成橋受力和線形的要求。就必須根據(jù)施工方案確定好施工過程中的控制參數(shù)，對于采用懸臂法施工的情況控制參數(shù)為各粱段施工時(shí)的立模(或定位)標(biāo)離和斜拉索的張拉索力。斜拉橋施工狀態(tài)確定基本理論計(jì)算方法有：倒拆法、正裝——倒拆迭代法、正算法和無應(yīng)力狀態(tài)控制法等。a）倒拆法（倒退分析，計(jì)算施工時(shí)張拉索力、及施工時(shí)梁段標(biāo)高、預(yù)拱度確定）倒拆法是從斜拉橋成橋狀態(tài)（初始恒載狀態(tài)）出法，按照與實(shí)際施工次序相反的順序，進(jìn)行逐步倒退計(jì)算而得到各施工階段的控制參數(shù)。結(jié)構(gòu)據(jù)此數(shù)據(jù)按正裝順序施工完畢，在理論上斜拉橋的恒載內(nèi)力和變形便可達(dá)到預(yù)定的成橋狀態(tài)。1）倒拆法（續(xù)）該方法一般會遇到結(jié)構(gòu)狀態(tài)不閉合的問題，引起不閉合的主要原因有：1)混凝土的徐變，由于倒拆計(jì)算無法計(jì)算徐變問題，因此，這一原因是顯然的；2)斜拉索垂度效應(yīng)等幾何非線性引起的不閉合；3)拆除合龍段以及支座等單元時(shí)，其桿端力不為零，而正裝計(jì)算時(shí)，安裝這些單元后的受力與原成橋狀態(tài)不一致。因此，簡單的倒拆法確定的施工狀態(tài)并不理想，通常需要正裝—倒拆迭代法來實(shí)現(xiàn)：該方法的基本思路為先倒拆計(jì)算，不計(jì)各種非線性問題，然后根據(jù)倒拆結(jié)果，正裝計(jì)算，計(jì)入各種非線性影響，并將各工況下非線性影響部分貯存下來；再做倒拆計(jì)算，這時(shí)計(jì)入上輪正裝計(jì)算時(shí)貯存下來的非線性影響值，得到新一輪倒拆結(jié)果，如此反復(fù)幾次，即可得到較理想的施工狀態(tài)。(3)斜拉橋施工理論計(jì)算（續(xù)）1）倒拆法（續(xù)）b)正算法（前進(jìn)分析，根據(jù)施工過程計(jì)算恒載〕(3)斜拉橋施工理論計(jì)算（續(xù)）