斜拉橋計算理論

24斜拉橋計算理論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)定計算5考慮二階效應的近似計算6小結(jié)本章主要內(nèi)容斜拉橋是塔、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)為柔性的受力特性斜拉橋的設計計算要根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式、設計階段和計算要求來選用相應的力學模式和計算理論1.概述1.概述(續(xù))計算模式是設計計算的關鍵在概念設計階段，主要研究結(jié)構(gòu)的設計參數(shù)，以求獲得理想的結(jié)構(gòu)布置，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力精度要求不高，可以采用平面桿系模式在技術設計階段，若僅僅計算恒、活載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，仍可選用平面桿系模式，此時活載的空間效應用橫向分布系數(shù)或偏載系數(shù)來表達1.概述(續(xù))

計算模式是設計計算的關鍵若要計算空間荷載(風載、地震荷載、局部溫差等)作用下的靜力響應時，一般選用空間桿系模式，注意實際結(jié)構(gòu)與計算模式間的剛度等效性若要計算全橋構(gòu)件的應力分布特性，可選用空間板殼、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斜拉橋計算模式

1.概述(續(xù))計算模式是設計計算的關鍵為了研究斜拉橋結(jié)構(gòu)中特殊部件(如斜拉索錨索區(qū)、塔梁固結(jié)區(qū))的應力集中現(xiàn)象，可進行局部應力有限元分析根據(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)的邊界條件進行二次分析

1.概述(續(xù))計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。非線性主要體現(xiàn)在材料和幾何非線性兩個方面在概念設計階段，主要研究成橋狀態(tài)下宏觀的力學響應特征，此時結(jié)構(gòu)剛度較大，因此，計算可采用計入徐變、收縮的準非線性分析理論，對特大跨徑柔性斜拉橋也可按線性二階理論進行分析在技術設計階段，中等跨徑的斜拉橋恒載分析仍以準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行驗算用有限位移理論計算的結(jié)果已自動計入了偏心受壓構(gòu)件的偏心增大系數(shù)，設計中不應重復計入

1.概述(續(xù))斜拉橋要經(jīng)歷一個分階段施工的過程結(jié)構(gòu)在施工過程中剛度遠小于成橋狀態(tài)，幾何非線性突出結(jié)構(gòu)的荷載(自重、施工機具、預應力等)是在施工過程中逐級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；預應力張拉和體系轉(zhuǎn)換。后期結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和力學性能與前期結(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))

斜拉橋的設計自由度很大，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算可歸結(jié)為圖13.2所示的流程。本章采用桿系結(jié)構(gòu)模式，根據(jù)斜拉橋設計計算的要求，闡述斜拉橋的計算理論和方法

圖13-2斜拉橋靜力設計流程圖斜拉橋成橋恒載內(nèi)力分布好壞是衡量設計優(yōu)劣的重要標準之一對于中、邊跨不對稱的斜拉橋結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)整其恒載分布、改變邊跨斜拉索錨固位置等方法來改善結(jié)構(gòu)受力由于受到設計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，其對應的成橋態(tài)就是對應目標下最優(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施，也就實現(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)對應于斜拉橋一次落架時的恒載內(nèi)力狀態(tài)。為了優(yōu)化梁的受力，可以根據(jù)需要擬定一個目標函數(shù)，現(xiàn)以梁上彎矩平方和為例，目標函數(shù)為：將式(13-1)代入式(13-3)，使目標函數(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))這一狀況相當于優(yōu)化后的斜拉橋恒載狀態(tài)。這時的內(nèi)力狀態(tài)是通過索的張拉來實現(xiàn)的，相應的索力不能使結(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。(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)點位移為零作為優(yōu)化目標對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施工時梁的位移包括了剛體位移和梁體變形兩部分，前者可以通過拼裝方式進行調(diào)整，只有后者才與索力有直接聯(lián)系2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評述(續(xù))2)斜拉索力的無約束優(yōu)化法這類方法的典型例子是彎曲能量最小法和彎矩最小法。彎曲能量最小法是用結(jié)構(gòu)的彎曲應變能作為目標函數(shù)，彎矩最小法是以彎矩平方和作為目標函數(shù)2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評述(續(xù))3)索力的有約束優(yōu)化這類優(yōu)化方法的典型例子主要有：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)作為目標函數(shù)，用關心截面內(nèi)力、位移期望值范圍作為約束條件。使用這種方法，必須合理確定約束方程，否則容易引出錯誤結(jié)果。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函數(shù)，使最大偏差達到最小。這是一個隱約束優(yōu)化問題，最后歸結(jié)為一個線性規(guī)劃問題，這種方法適用于成橋態(tài)和施工中的索力優(yōu)化。

2.2斜拉橋索力優(yōu)化方法評述(續(xù))斜拉橋受力性能的好壞要根據(jù)實際結(jié)構(gòu)來評價，并不能用單一的目標函數(shù)來統(tǒng)一表示

工程界期望在斜拉橋索力優(yōu)化過程中，既能計入各種因素的影響，又能分別得到不同目標函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，供設計者進行比選下面通過調(diào)值計算原理，介紹一種具備這種功能的索力優(yōu)化方法2.3索力優(yōu)化的影響矩陣法1)成橋態(tài)的索力優(yōu)化為了方便討論，先以彎曲能量最小為目標函數(shù)推導索力優(yōu)化的影響矩陣法，再通過討論來認識這種方法對多種目標函數(shù)索力優(yōu)化的統(tǒng)一性結(jié)構(gòu)的彎曲應變能可寫成：

(13-5)

2.3索力優(yōu)刃化的影族響矩陣膏法(續(xù))對于離散作的桿系結(jié)亦構(gòu)可寫成癢：式中：券m是結(jié)促構(gòu)單元佩總數(shù)，淋Li，Ei，Ii分別表示干i號單元鏟的桿件長離度，材料膏彈性模量析和截面慣棉矩，半，多分正別表示單習元左、右付端彎矩。將式（1耐3-6）漫改寫成：Ｕ＝{戰(zhàn)}T[B]{陵}+[恥]T[B]{租}式中：{悶}退，{倆}分別滋是左、右暢端彎矩向仇量，B為澇系數(shù)矩陣饞。(13詳-6)(13咐-7)2.3索力優(yōu)急化的影顯響矩陣固法(續(xù))令調(diào)索巡壽前左、福右端彎決矩向量墨分別為岸：狠，李，蜂改變索萄力的施稻調(diào)向量匙為{T右}，則聞調(diào)索后抖彎矩向節(jié)量為：式中：重[CL]，[CR]分別清為索力參對左、覽右端彎掀矩的影饒響矩陣仰。將式轎(13怎-9)厘代入(烈13-跑7)得晶：（i=1慰，2，駱...箏m）[B]居=(13陵-9)(13黎-8)2.3索力優(yōu)化萌的影響矩膛陣法(續(xù))U=C0+{悅}T[B][鳳CL]{T}短+{T}T[CL]T[B]勤[誤]+{T}T[CL]T[B][殊CL]{T}踐+{惜}T[B][光CR]{T}卵+{T}T[CR]T[B]議[印]+侵{T}T[CR]T[B]燃[CR]{T}式中：C0是與{T優(yōu)}無關滴的常數(shù)。撤要使索力號調(diào)整后結(jié)則構(gòu)應變能杯最小，則獎：（i=1，槳2，..套.l）式（13夫-10）晃代入（1瘦3-11證）并寫成摩矩陣形式研：([CL]T[B][哲CL]+[測CR]T[B][摧CR]){宴T}=－[CR]T[B]吃{塵}－姨[CL]T[B]采[紅](13-頭10)(13-慮11)(13-悶12)式(13墨-12)哪給出了使堤整個結(jié)構(gòu)床彎曲能量碎最小時最郵優(yōu)索力與累彎矩影響金矩陣的關振系。通過個討論，容正易得到如吊下結(jié)論：(1)銀如果取彎問曲應變能間與拉壓應敏變能之和霜為目標函牙數(shù)，則只層要在式(捐13-1言2)左、座右端增加塊構(gòu)件拉壓正力與索力費影響矩陣缺的關系項擺，就可得獸出相應的垂最優(yōu)索力狠方程。(2)械如果際索力優(yōu)屬化時只委將結(jié)構(gòu)走中一部釋分關心暑截面上飼的內(nèi)力俊應變能缸作為目優(yōu)標函數(shù)光，則式啞(13略-12繪)左、傾右端的庫影響矩街陣用索叨力相應僑于這些磚關心截摘面內(nèi)力貪的影響裂矩陣取域代就可犁得出相佳應的最拍優(yōu)索力宮方程。2.3索力優(yōu)棄化的影悠響矩陣障法(續(xù))(3)稼式(什13-境12)蹦中的[哀B]陣早可以看長成單元確柔度對旁單元彎項矩的加騰權(quán)矩陣農(nóng)，可根部據(jù)構(gòu)件盆的重要恰性和自厘身特點干，人為廉給出各獎構(gòu)件在址優(yōu)化時賺的加權(quán)手量。(4)糠用恒校、活載蠟共同作輛用下的語彎曲能戒量作為獨目標函侵數(shù)進行練索力優(yōu)藝化，只頭需將內(nèi)菊力組合比后的結(jié)踏果替代閃式(1割3-1譯2)中燙的{另}攏和{}便可。2.3索力優(yōu)化驢的影響矩灘陣法(續(xù))(5)漸用影響矩雀陣法進行博索力優(yōu)化蜘，能自動夸計入預應敲力索對優(yōu)邊化結(jié)果的坑影響。(6)栗如果采還需指嫁定某些粥關心截在面上的減內(nèi)力為替定值，修索力轟優(yōu)化問莊題變成大了求條拼件極值肥問題。(7)費對于馳限制一侄些控制冤變量在護某一范央圍內(nèi)的影不等式誦約束問鈴題，可昌先將這踢些控制洋變量用部施調(diào)索己力向量遲與影響寸矩陣表暮示，再綢引入松企弛變量壓，參照四(6)確的方法叉，也能星得到最淹優(yōu)化索跳力方程壓。2.3索力優(yōu)化仗的影響矩奸陣法(續(xù))2)施纏工階段覺的索力綿優(yōu)化根據(jù)施擇工逆過字程，可決以確定損滿足成坡橋優(yōu)化瞎內(nèi)力狀爽態(tài)下，愉各施工比階段的理內(nèi)力狀城態(tài)和位晃形，即施工階球段的理睛想狀態(tài)但在實沙際施工騾時，由煮于構(gòu)件雞自重、啄剛度、冠施工精賄度、索曬力張拉矛誤差、灰溫差等賊諸方面階因素影蜻響，可使施鏟工階段功結(jié)構(gòu)實搖際狀態(tài)術嚴重偏報離理想飛狀態(tài),對索力的載優(yōu)化調(diào)整施是施工階膏段糾偏的成重要手段現(xiàn)。斜拉索慶力在結(jié)價構(gòu)狀態(tài)婦變量中姐只是一硬個中間可變量，申其初始只變量是掏索的無觀應力索描長。滿稠足成橋楚理想狀堵態(tài)的索完長在某順一施工杯階段要列達到相生應的理堂想索力待，則結(jié)飼構(gòu)位形吳必須也株是理想澆狀態(tài)的壺。2.3索力優(yōu)榴化的影悉響矩陣押法(續(xù))調(diào)索糾偏絨只可調(diào)整層由于無應獨力索長度壺引起的那奇部分索力窯誤差。而如由于構(gòu)件膏自重，剛箏度等因素癥引起的位算形改變和桐索力偏差午，原則上塔無法通過捏索力調(diào)整劑來糾正。要真正引消除這級些偏差羨，要么斃對引起會誤差的云諸因素衰逐個調(diào)削整消除(一般是州做不到摧的)，要么承壺認已測到爸的確定性救誤差，并壤在新的參注量下重新趁優(yōu)化成橋頸狀態(tài)和施莖工狀態(tài)。工程中常服用的方法猜是適當調(diào)煤整索力，桑使關心截酒面上控制躺變量的偏僻差最大限雖度地減小偉。施工過饒程中控制泉變量以位悔移為主，魂成橋狀態(tài)魄下控制變春量以內(nèi)力側(cè)和索力為雕主。設關心京截面上n個控制踏變量的谷誤差向笛量為{0}，通過l根索的索剪力施調(diào)向呆量{T}作用，刷使誤差如向量變詠為{}，則：2.3索力優(yōu)化單的影響矩土陣法(續(xù)){}={0}+[屑C]{安T}(13奮-17隙)式中：晝[C]錄為索力拼對控制售變量{}的影響甩矩陣?？刂谱兞棵卓赡苁怯膳P心截面糾上的內(nèi)力稍、位移、膨支反力等效混合控制宴變量組成零的向量。揪這些變量緒的量綱各予異，如果家直接選用襯誤差向量踐模的平方牲作為目標踏函數(shù)，可景能導致優(yōu)匆化失敗，皺為此，錘引入相應專的權(quán)矩陣乳來體現(xiàn)各尖控制變量忙的量綱和捧其自身的德重要性。罷設權(quán)矩陣綁為[B]糕=Dia訓g(b11，b22，..澇.bnn)，取目位標函數(shù)為耳：U={}T[B]{}(13-詠18)則問題紡變成了夾式(1授3-1包2)的產(chǎn)一個特字例，索闊力優(yōu)化寫方程為([C淺]T[B][星C]){午T}=華－[C]T[B]牽{0}2.3索力優(yōu)化寶的影響矩零陣法(續(xù))(13-賣19)在實際工按程中，也椅可能要將匹一些控制紗變量的誤奮差控制為勸指定值或蝦落入某一怕范圍，這仍時無約束橫問題又變嘴成了有約捎束優(yōu)化問溪題，實現(xiàn)古優(yōu)化的方知法與成橋仿態(tài)有約束型索力優(yōu)化琴相仿，本臂節(jié)不再贅捏述。3)算鈴例分析圖13-回5為塔墩敗固結(jié)、主肝梁漂浮的墨斜拉橋計瘡算模型。溪全橋共7余對索，辮單元編號擾從43號壯開始自左蟻向右遞增戚。各構(gòu)件瘡的材料、柱幾何特性晚見表13液-1。梁滾受有豎向顧均布荷載攏q=5龍0kN/傻m作用腳。按如下專目標調(diào)索洋：2.3索力優(yōu)化蓄的影響矩世陣法(續(xù))2.3索力優(yōu)鎮(zhèn)化的影延響矩陣直法(續(xù))(1)著使塔誰根彎矩村為零，抬并在索鼻、梁交督點處達糧到零位因移。(2)勝用彎矩平喘方和作為背目標函數(shù)臉進行索力世優(yōu)化。(3)患用彎騙曲能量羽作為目牽標函數(shù)誦進行索掛力優(yōu)化杠。(4)寬對塔的彎弱曲能量權(quán)腔數(shù)增大5吉倍進行優(yōu)奔化。四種情況著的索力優(yōu)使化結(jié)果列朗于表13暫.2,相雄應的彎矩胸圖見圖1企3-6(圈a～d)紙。2.3索力優(yōu)化逆的影響矩尚陣法(續(xù))計算結(jié)果襖表明:(1)指餐定受力狀桌態(tài)的調(diào)索莫只能極端姜地強制個廣別截面上伶受力較好頸，而無法尼顧及整體計結(jié)構(gòu)的受扁力。要求碧塔根彎矩掘調(diào)零，出饞發(fā)點是希嶄望塔內(nèi)彎遙曲內(nèi)力小肝些，而事孟實上得到迅的結(jié)果卻溪相反：塔雙的最大彎腰矩上移，頂更不利于齒設計，污最大彎矩驢達304偉0kN.挽M,是你四種情況陣中最差的惰。(2)以父彎矩向量奴模的平方暗為目標函秤數(shù)，與彎貴曲能量為寬目標函數(shù)集優(yōu)化的結(jié)盾果相比較西，后者可費以反映剛帽度對彎矩勺的權(quán)效應槍。本例塔勸的剛度較館梁大，兔塔應比梁垮分擔的彎依矩為大，篇計算結(jié)果肚也說明了退這一點。曬但本例并騎不說明后板者結(jié)果優(yōu)盒于前者，粗因為塔、濱梁是不同優(yōu)的受力構(gòu)暈件。只有暑對同種受炒力狀態(tài)的溝變截面構(gòu)針件，才猜能體現(xiàn)出喬后者的優(yōu)虜越性。2.3索力優(yōu)化士的影響矩瓦陣法(續(xù))(3)奸根據(jù)構(gòu)駱件受力箭特點調(diào)駛整權(quán)量積，可以個充分發(fā)賣揮各種究受力構(gòu)掉件的特亞性。姜同樣以蚊彎曲能鐘量為目芝標函數(shù)慌，本例陽情況４爬通過增棵大塔的守權(quán)量，研使最大屯彎矩從還204肉0kN堂.M降扭低為中121逼0kN浩.M。(4)一取個反映結(jié)巖構(gòu)內(nèi)力狀桌況的目標梅函數(shù)的極逢值是由結(jié)帶構(gòu)自身特銹性和荷載購分布情況子決定的。甜結(jié)構(gòu)中一兩部分構(gòu)件康受力的優(yōu)巨化，必然揮給另一部過分構(gòu)件帶脆來受力的臘惡化。2.3索力優(yōu)目化的影聰響矩陣廢法(續(xù))引起斜拉音橋幾何非劑線性的因奧素主要有勇三個方面咬：1、索蹦的垂度化影響。在分析過斜拉橋慨結(jié)構(gòu)時南，常將僅斜拉索稱模擬成在桁架單陰元，由戚此帶來障了計算燃模型與詳實際結(jié)沉構(gòu)間的自誤差。腦通?？杉庇肊r活nst動公式修促正索彈垃性模量舌。由于胳Eeq是索端力棕的函數(shù)，死導致了索文端力與索改端位移呈攔非線性。3.斜拉橋潮有限位羞移理論興分析(13-繁20)這是一柔種將幾雷何非線知性問題叨轉(zhuǎn)化為屑材料非軌線性問鐮題的近訂似方法陽，當索內(nèi)應邁力水平較奏低時,這種方法改精度較低玩，直接用腰柔索單元爆來模擬斜它拉索才能筐得到精確肥的結(jié)果。2、梁柱齒效應。斜拉橋釀主梁、桿主塔都灣工作在敗壓彎狀討態(tài)，引爸起了梁憲柱效應雞。用梁歷單元分陜析時，?？捎梅€(wěn)演定函數(shù)潮表示的旦幾何非谷線性剛冤度矩陣煙或一般創(chuàng)的幾何統(tǒng)剛度陣價來計入蠻這一效開應。前顧者精度橡高，但脈計算工殘作量大蠅；后者假精度稍綠低，計框算工作悔量小，戲計算中舌只要保紫證3，對斗工程問鼠題就有貴足夠精俘度。3、大顯位移效姑應。由于斜薪拉橋具氧有柔性唐結(jié)構(gòu)特沸征，外闊荷載作顏用下結(jié)自構(gòu)變形踩較大，盤平衡方答程必須千建立在胖變形后舊的位置眨上。可騙以用大兆位移剛蒸度陣或插基于U膀.L列鹿式的有權(quán)限位移廟理論(駛拖動座演標法)躬計入這淚一效應方。3.斜拉橋有令限位移理殘論分析(續(xù))施工仿減真計算舒主要采粒用前進綿分析和踩倒退分損析法前進分析喇法是一種恨以計算斜短拉橋施工賴過程中內(nèi)祖力、構(gòu)形示，以保證港施工的合嶺理與安全緊為目的的劃仿真施工盛過程的計惰算方法倒退分析擇法是一種辣將成橋狀間態(tài)作為目饅標，以計慈算斜拉橋澤拉索初張獅力和拼裝屆節(jié)段標高雷等理想施蒼工參數(shù)為畢目的的逆貌施工過程為的計算方削法3.斜拉橋栗有限位煩移理論慚分析(續(xù))一般描腫述一座礦橋的施銹工過程較需要如伍下信息矮：●總體嶼結(jié)構(gòu)●施工嘴方式●各個施工腫階段的荷剪載3.斜拉橋有華限位移理汽論分析(續(xù))3.1前進分析總體結(jié)糠構(gòu)是指橋辮梁從施膝工到成棵橋的過寸程中，掠出現(xiàn)的結(jié)“最大陶”結(jié)構(gòu)厘,包括黎結(jié)構(gòu)離準散狀態(tài)萄的節(jié)點抖、單元叛、幾何細材料、撿預應力掙索、構(gòu)尿件的徐圾變、收恢縮、組驢合單元蒜及剛臂游信息等施工方早式信息是指各暑個施工累階段中沈，在已損建結(jié)構(gòu)淹上新增懼加或拆長除構(gòu)件彈的數(shù)量證及單元妻；新增趕加或拆政除的支拳座；新絕張拉或乖放張的深預應力愈索數(shù)和循索號；淹臨時鉸暮的封結(jié)僵或臨時辛固結(jié)的既釋放，辮徐變單廚元，構(gòu)濁件截面康幾何特毛性、材責料特性藏和受力模特性的摧改變信敢息等施工荷寧載信息是指一個位施工階段缺里，在已船建結(jié)構(gòu)上姑新增減的夢節(jié)點荷載捏、廣義單芳元荷載、襪溫變荷載滅、支座變聞位、預應樣力張拉力歇荷載及調(diào)紋值信息3.1前進分鮮析(續(xù)藍)在前進分字析中，由縣于結(jié)構(gòu)剛廟度較小，致砼構(gòu)件齡練期短、位嘩移大、徐朋變收縮量巡壽大，結(jié)構(gòu)框非線性表詞現(xiàn)突出，準所示非線蹲性的求解幟策略顯得忽尤為重要3.1前進分暫析(續(xù)辮)前進分恥析系統(tǒng)菠的流程努圖非線性貍計算采付用U.技L列式五的桿系筐有限元田法，將除以前各春施工階姻段在已碌建結(jié)構(gòu)索上的累女計靜力擋響應作寧為本階偷段結(jié)構(gòu)布幾何非璃線性計姓算的初湊態(tài)，索總類單元投的垂度煤效應可竿選用表并觀模量枯修正法運或柔索矛單元考慮到結(jié)訴構(gòu)受載后閱首先達到硬靜力平衡建，再發(fā)生唱徐變、收劉縮，所以得在計算中首先考慮車幾何非線俱性，以結(jié)講構(gòu)平衡齡后的應睡力狀態(tài)仁作為本昆階段時描變效應枯分析的怖初態(tài)，杏在每一印時段分需析中都脊以前一機時段非爸線性平夾衡狀態(tài)慮作為初纏態(tài)3.1前進分析饒(續(xù))倒退分析峰是以成橋勇態(tài)t=t0時刻的棚內(nèi)力狀佳態(tài)為參虧考狀態(tài)率，以設偷計的成厭橋線形躲為參考佩構(gòu)形，碗對結(jié)構(gòu)美進行虛質(zhì)擬倒拆丙并逐階事段進行國分析，杜計算每紐奉次卸除紹一個施賀工段對錯剩余結(jié)獲構(gòu)的影拉響的計泛算方法紫。對于線性侮結(jié)構(gòu)，用壺倒退分析燥結(jié)果進行料理想施工婦，保證每優(yōu)一階段都英不出現(xiàn)偏奮差，就可佛以在t=糞t0時刻達泳到成橋襲狀態(tài),匪從理論董上講，踢倒退分慈析的結(jié)乳果可直撥接用于喘指導線疤性結(jié)構(gòu)扭的設計愁施工，孟并作為勝施工控乘制的目森標。3.2倒退分析單一的心倒退分摟析可由樸前進分內(nèi)析的逆婆過程來帆實現(xiàn)首先，激彩活虛擬結(jié)亦構(gòu)中成橋西態(tài)的所有偷單元、約板束節(jié)點、碎預應力索坡，并將外丙荷載作用科于結(jié)構(gòu)，粒通過恒載平優(yōu)化確定雨成橋態(tài)結(jié)疊構(gòu)的最優(yōu)籌受力狀態(tài)史，并將位始移賦零，句其目的是才使設計結(jié)洗構(gòu)的應力剖、構(gòu)形滿神足初始描仇述。在此基礎帥上，逐階績段對結(jié)構(gòu)掀進行倒拆拔分析。得海到的位移祝和內(nèi)力狀輸態(tài)表示：啦要使成橋妥態(tài)結(jié)構(gòu)滿茄足倒拆前鹿的狀態(tài)，什本階段已紙建結(jié)構(gòu)所衛(wèi)必須具備醋的狀態(tài)當計入提徐變等室的時效哲影響，素用單一但的倒退溪分析確附定斜拉位橋的施升工狀態(tài)備，就會濾遇到前訓進分析姨與倒退血分析的膚狀態(tài)不雨閉合問肝題3.2倒退分臥析(續(xù)裝)斜拉索覆施工較濫多采用輕一次張朱拉法要求對器新拼梁武段設置悲事先確委定的預拱度要求對偽新安裝鞋的斜拉況索以事哥先確定簡的初始張拉身力進行張退拉如何來確懂定這組拉豈索初張力窗和梁段的斥預拱度？3.3初始張度拉力與意施工預巷拱度的惰計算3.3初始張眼拉力與像施工預越拱度的仁計算(誤續(xù))對結(jié)構(gòu)進擾行倒退分斬析，計算擱每卸除一門個施工段鋪對剩余結(jié)濫構(gòu)的影響昌，就能得夫到各索的時初始張拉斷力和梁的艘安裝預拱臭度但這樣白的倒退賀分析與菌實際施援工存在姓著諸多匯不閉合偷因素，潛歸結(jié)起他來主要辮有以下嘉幾點：1)計妙算狀態(tài)剩的不閉輸合成橋狀態(tài)霧在合龍截下面處一般手都有一定乓的彎矩，喘而自由合貞龍時該截慕面彎矩為刪零,說明生一次張拉遵法施工與賊倒退分析些狀態(tài)往往敵是不閉合舅的。2)結(jié)片構(gòu)預應力吹、徐變、噴收縮引起眉結(jié)構(gòu)倒拆遺分析內(nèi)力孟與實際施碰工內(nèi)力的攔不閉合3.3初始張拉紙力與施工狂預拱度的奶計算(續(xù)鴉)3.3初始張拉津力與施工翠預拱度的拴計算(續(xù)少)3)堆斜拉索蓋垂度效慰應和結(jié)焦構(gòu)大位恐移效應螞等幾何末非線性碰引起的糊倒拆分叢析內(nèi)力剃與實際涼施工內(nèi)餓力的不舒閉合。單用倒抄退分析惕法確定渴的斜拉館橋初始羽張拉力撲與施工病預拱度敏往往是逆失真的壘，無法業(yè)直接用坦于設計鵲、施工采用前管進、倒剪退分析危交互迭嗚代法可以消除向這些不閉褲合因素影備響。3.4斜拉橋材實時跟績蹤控制值簡介目的：確保結(jié)構(gòu)天在施工過容程中的安屋全，將施糟工理想狀妨態(tài)作為控隸制目標，釣力圖減小梳由于各種蜘擾動產(chǎn)生洗的輸出量記與參考量炕之間的偏芹差，從受咳力與線型受上逼近設馬計狀態(tài)。一般包括鄭以下內(nèi)容彩：1)解店析系統(tǒng)。包括斜過張橋施沫工仿真擋分析、燭反饋控腸制和誤苦差分析滾三大部窗分。施工仿增真分析糟部分應小具備倒械退分析際和實時鞠跟蹤仿景真分析抄功能。領通過跟講蹤仿真盯分析可某掌握實奏際結(jié)構(gòu)桿信息，于為誤差森分析提痰供依據(jù)暮；反饋控制搬和誤差分垂析部分，劑可根據(jù)現(xiàn)晃場實測數(shù)深據(jù)和誤差年信息進行漆施工誤差桿原因分析桌，并定出?？刂葡蛄堪颍ㄈ缢髁δフ{(diào)整向量器），指導顏現(xiàn)場作業(yè)胞。3.4斜拉橋?qū)嵄臅r跟蹤控吼制簡介(饅續(xù))2)陜計測系剩統(tǒng)。包括設傲計參數(shù)相計測與逆施工管紫理參數(shù)奔計測兩警方面。設計參踐數(shù)包括肚材料、買容重、邊彈性模停量、預炮制或現(xiàn)潮澆構(gòu)件離尺寸、醬施工荷慨載及狀饑態(tài)等內(nèi)筋容。通泰過采樣嚴分析可浩以獲得至各參數(shù)條的誤差慘情況。四為誤差所分析和思修正設裕計提供婚依據(jù)；施工管理題參數(shù)主要獅包括索力貫、梁、塔拋變位、截勢面應力和鉛臨時支架貓或輔助墩少的支座反棋力等。3)報教警系統(tǒng)。在允許的靈范圍內(nèi)給擺定誤差標反準，當施刪工管理參宋數(shù)誤差超頁出誤差允鞏許范圍時參，給出報拆警信號，襖并指導施任工調(diào)整。章在實時跟螺蹤控制中歡，誤差分買析、狀態(tài)塵估計與糾擺偏是關鍵州技術。3.5斜拉橋任的空間路分析在橫向暴風荷載瞇、汽車奶偏載以挑及其它項空間荷染載作用腔下，斜拉暢橋應按衰空間模鉗式進行挺有限位技移理論笨分析一般將校斜拉橋體簡化成空間桿亡系結(jié)構(gòu)模式位，主梁的滔桿系模式臉要根據(jù)具長體的截面母形式來定對自由欣扭轉(zhuǎn)剛膨度較大糾的閉口勇箱梁斷酷面，常擾選用“播魚骨”斥模式3.5斜拉橋為的空間捷分析(維續(xù))具有分離湯邊箱梁的借主梁斷面丈，可以選餅用雙梁式始模型在力學模灑型簡化時恨，應注意略邊梁豎向省抗彎剛度竹提供的約房誠束扭轉(zhuǎn)剛炒度與實際堤結(jié)構(gòu)的等久效性。缺點是難跑以模擬側(cè)刷向抗彎剛穿度，計算啞側(cè)向靜風贈響應有較悠大誤差。3.5斜拉橋任的空間叉分析(臉續(xù))計算側(cè)向儲荷載響應務時，最好薪采用三主梁贏模式通過剛度剝分配原則杯來等效主賞梁剛度：1)主梁的暈面積和攔側(cè)向抗斗彎剛度尺全部集溪中于中鉤梁；2)主梁的豎礎向抗彎剛護度兼顧豎妥向剛度與岸約束扭轉(zhuǎn)紐奉剛度的等閃效性；3)自由扭轉(zhuǎn)桶剛度和部渣分約束扭添轉(zhuǎn)剛度可妄集中于中耀梁。用板、集梁、殼爺及其組惱合單元衫來仿真欠實際結(jié)進構(gòu)工作量大羊，處理混余凝土徐變植、預應力使等方面比框較繁瑣3.5斜拉橋的屬空間分析雀(續(xù))空間非線打性分析時，以成姑橋恒載狀胡態(tài)為參考膽狀態(tài)，用U.L列式的有樹限位移理霞論就可以劫分析各種恥空間荷載極的靜力響現(xiàn)應。大跨徑厘斜拉橋傳的計算綿通?？蓱僖詣澐衷\為三個玩層次結(jié)構(gòu)整育體分析主要構(gòu)件者分析，如梁和工塔柱的三雖維應力分緩析局部細嚼節(jié)或構(gòu)幻玉造的應株力分析，如索梁這錨固構(gòu)造3.5斜拉橋刺的空間院分析(優(yōu)續(xù))局部應力匠分析一般況建立在整匹體分析的吃基礎上在整體促結(jié)構(gòu)中沙取出包株括關心及區(qū)域在勻內(nèi)的構(gòu)大件作為砍分析對眨象，將服分析對紗象用板煉、殼或涉實體等桌參元進瓜行模擬銜。將最不利條工況下結(jié)素構(gòu)在取出娛構(gòu)件斷面懲處的內(nèi)力石、變形作牌為分析對輔象的力和失位移邊界倚條件。分析出相放應的局部捆應力。在這一過扯程中，必究須注意消北除引入近烏似邊界條郊件對關心葬部位應力優(yōu)分布的影屠響斜拉橋趣的梁、殃塔在外甘荷作用堡下，處吊在壓、筑彎狀態(tài)平面內(nèi)稀的壓、時彎失穩(wěn)出平面的草彎、扭失驢穩(wěn)斜拉橋在詳靜風三分田力作用下扭轉(zhuǎn)發(fā)饅散或彎擺扭失穩(wěn)本節(jié)介紹組斜拉橋外荷作河用下實抹用穩(wěn)定禾計算方銹法靜風作用花下的橫向括穩(wěn)定分析4.斜拉橋的粒穩(wěn)定計算兩端鉸質(zhì)接的彈逢性支承觀梁，在乖軸壓力按超過臨支界值時攤，將屈壟曲成若棄干個半信波，取小其中一住個半波修作為研竿究對象綢，座標柿原點取湯在半波墓的中央域，近似敬假定其濕屈曲模大態(tài)為余構(gòu)弦曲線4.斜拉橋羽的穩(wěn)定姨計算4.1加勁梁膛的面內(nèi)鼓穩(wěn)定實息用計算(13戰(zhàn)-21哥)圖13-什10兩端鉸接喚的彈性支途承梁一個沸半波彈性支潮承的等傷效彈性障介質(zhì)系里數(shù)可表議示為：4.1加勁梁的紋面內(nèi)穩(wěn)定草實用計算榴(續(xù))彈性支撥承反力筍R與撓歉度成正犯比波節(jié)點的蹤蝶剪力中點彎萍矩可寫另成：(13兔-22泊)(13效-23億)(13-胸24)(13過-25井)利用邊界返條件；得：由淋易得，驕P值最小尿時：(13-廢28)代遞入(13片-27)堆得：斜拉橋的著加勁梁可當近似看成儀是彈性支承算上的連續(xù)旦梁，因此，押它的臨界擊軸力就可躬仿照彈性竟支承梁的近方式來導豆得(13刮-26藏)(13字-27翻)(13意-28吩)(13-棟29)4.1加勁梁的矩面內(nèi)穩(wěn)定晝實用計算哭(續(xù))實際計紋算模型瞇與彈性及支承連闖續(xù)梁有三個主查要不同博點：1)漏彈性支包承梁的耀彎曲剛枯度為常承量EI媽，斜拉螞橋的彎物曲剛度混可能是低水平座電標x的著函數(shù)2)彈叔性支承梁奧的軸力為該常量P，夫斜拉橋的救梁內(nèi)軸力瓦是x的函振數(shù)N(x病)3)彈裳性支承梁候的彈性介麻質(zhì)系數(shù)為常量撒，斜拉揪橋的等剩效介質(zhì)仙系數(shù)為哪x的變被量(x)斜拉索的些等效彈簧恥剛度k可牛參照圖1彎3.11拴的幾何關想系導得：4.1加勁梁的讓面內(nèi)穩(wěn)定父實用計算置(續(xù))式中：豈為索捆與梁的夾陷角；分別為點單位力咳在A點摔引起索政伸長和渣塔彎曲歪所產(chǎn)生抽的豎向偉位移分捷量；為斜拉哄索長度保；AC,Ec為斜拉露索軸向強拉伸剛燙度；為索、塔光剛度比；蔑EtIt為塔彎背曲剛度代。(13-剃30)圖13-理11拉索變形的幾何腥關系4.1加勁梁的躺面內(nèi)穩(wěn)定宋實用計算雜(續(xù))它是x拘的函數(shù)煌，將某班一x代畢入式(法13-閃31)檔得到的興臨界軸塵力稱為名義臨界誘軸力名義臨界她軸力與該雹處梁的實盲際軸力之剛比稱為該款點的名義屈雨曲安全木度，可取斥其最小易值作為痕加勁梁阻的屈曲眼安全系只數(shù)根據(jù)式渠(13鋒-30白)，由斃k就可貞導出等止效淋，績仿照式愿(13產(chǎn)-29睬)的形挽式，可所將斜拉丑橋主梁注面內(nèi)穩(wěn)俘定臨界差軸力寫吐成：(13-體31)4.1加勁梁的搖面內(nèi)穩(wěn)定筒實用計算蓮(續(xù))4.2主塔的為穩(wěn)定估匆算在施工皇階段，境主要考叢慮塔柱竄上附有躲施工設報備等荷著重，斜既拉橋尚析未合攏沖時的情佳形。主塔可恰簡化為一端固向結(jié)的變鑒截面受緞壓柱，常常將蜜塔換算成拒等截面受沒壓柱來計餃算。設面內(nèi)、哥外較小的樸等效抗彎陳剛度為E騾I，塔高況為h，于閘是，塔的娘臨界荷載嗚可近似地痛寫成：(13仿-32套)4.3斜拉橋穩(wěn)賺定計算的浙有限元方皂法以斜拉橋成橋后施池加橋面均紗布荷載的頸穩(wěn)定問題為例來伸說明其類曲屈穩(wěn)搖定計算割的有限軟元方法將斜拉歉橋結(jié)構(gòu)鵲簡化成遣桿系模屠式，確漆定布載竟前斜拉分橋的成憶橋內(nèi)力舅狀態(tài)，險這個狀飾態(tài)應根喪據(jù)實際陷設計恒歸載狀態(tài)燥通過施悔工仿真阻計算得西到，此野時結(jié)構(gòu)挪的切線揉剛度矩毫陣可表螞達為：(13-拜33)式中：團[K難]0——結(jié)汗構(gòu)的彈良性剛度駕矩陣[K]G——結(jié)構(gòu)散成橋內(nèi)力匯的幾何剛畫度矩陣4.3斜拉橋桐穩(wěn)定計掏算的有礎限元方婆法(續(xù)寫)再計算嶄出單位朱橋面均理布荷載朗引起的之內(nèi)力增畫量，相雞應于內(nèi)東力增量劣的幾何撈剛度陣消為[K據(jù)]q，則斜蜂拉橋橋較面施加妹均布荷打載的穩(wěn)推定問題蛾，可由胡下式計徐算：式中：施加橋織面均布介荷載的仁穩(wěn)定安慢全系數(shù)誦。(13-茄34)4.4靜風作用娛下的橫向抱穩(wěn)定分析假定平鬼均風速零以攻角進α0作用于主腐梁產(chǎn)生扭華轉(zhuǎn)角為作用于變概形后主梁扇單位跨徑堪長上的風謹力分量可辰按風速記三作：式中：D期、L、M據(jù)分別為每吩單位跨長罪的平均阻澡力、升力恨和升力矩反，它們都降是功角的犯函數(shù)，如殊圖13-柳12所示紋；(13樹-35付)圖13三-12穩(wěn)定氣流悟重的主梁卻橫截面4.4靜風作用禾下的橫向安穩(wěn)定分析兆(續(xù))為空氣密隔度；B為寶主梁寬；畢An為迎風碌投影面宰積；CD、CL和CM分別為改風力方棒向上阻棉力、升柳力、升追力矩的庭靜力氣葬動系數(shù)自，是攻筑角的函懇數(shù)，如符圖13悲-13孝所示：圖13素-13靜力三鑒分系數(shù)廢曲線4.4靜風作用我下的橫向嗽穩(wěn)定分析校(續(xù))將風力可備轉(zhuǎn)換為全疊橋座標軸償上的風力浮，如圖1琴3-12駐所示。上面(1蠶3-36念)、(1斗3-37笨)兩式中幸的是全橋平座標系中瞞的相對風膜速，顛是全橋座捏標系中的縫靜力氣動染系數(shù)。至此可顫建立起防風荷載氏下的非殺線性穩(wěn)貼定分析勉模型，釀包括如繪下兩個糖步驟：(13-撐36)這里：(13-雕37)4.4靜風作用榆下的橫向尚穩(wěn)定分析租(續(xù))第一步，偷完成在給疼定風速V須以攻角曬作用下艘的初始風確力的分析破。平衡方蛋程如下：這里的Ke和K分疾別是基于咐在重力荷宿載作用下兼產(chǎn)生的位喂移u和應父力的結(jié)構(gòu)彈嗽性剛度矩接陣和幾何略剛度矩陣遇；U是位此移矢量；也P0是基于未撿變形的主座梁結(jié)構(gòu)的潔初始風力震，瘋由緒代入式(粒13-4揀1)得出盒；上標G攪表示重力環(huán)。(13-菠38)4.4靜風作耽用下的陷橫向穩(wěn)狡定分析竟(續(xù))第二步，拉按如下步桂驟完成由英于主梁的氧扭轉(zhuǎn)變彎葉形及隨之灘而增大攻垮角所產(chǎn)生勵的附加風象力作用下蹦的非線性相分析。在曬完成前述洪初始風力污作用下的馬非線性分邊析后，得炒出總位移爸和初始內(nèi)綱力。從這爛些位移中兇可求出現(xiàn)辰在的氣動裝靜力系數(shù)疲，智并分別轉(zhuǎn)?；癁榈?。橋在痕受到第j令步的附加杏風力下的絮線性增量翻平衡方程國為：(13當-39匙)4.4靜風作用水下的橫向蠻穩(wěn)定分析很(續(xù))式中Pj和Pj.1分別是結(jié)曠構(gòu)受到的厚由本次及災前次攻角偶下位移決貫定的風荷取載；上標危W代表風伙載，繼續(xù)森上述迭代型步驟，求鴉出每個循紋環(huán)完成時雹的附加風訊力。當靜力封氣動系奏數(shù)的歐副幾里得蜻范數(shù)小環(huán)于規(guī)定糕的容許喬值時，糖就得出衰給定風癥速下的限收斂準筆則。歐仆幾里得殖范數(shù)寫古作：(13械-40團)4.4靜風作蛾用下的爽橫向穩(wěn)番定分析肯(續(xù))上式中k是給定這允許值哲，Na是承受位提移決定的脾風荷載的境節(jié)點數(shù)。對于小鑒于臨界提風速的庸任意給掃定風速宰，上述攏過程都爭會收斂態(tài)。在每個票迭代循撤環(huán)中，耍分析結(jié)獨構(gòu)的切盒剛度矩騾陣可得融出結(jié)構(gòu)缸是穩(wěn)定彎的、不塘穩(wěn)定的迎或隨遇譽平衡的壯。由于考慮奧了分析模免型受到的積由位移決漆定的風荷供載的三個羽分量，既能分析敵其非線性彎橫向彎扭閥失穩(wěn)的安稍全性，也約能研究其近非線性扭農(nóng)轉(zhuǎn)發(fā)散的亡安全性。如果在式基(13-既38)和臣式(13驢-39)熟中忽略阻福力D和升符力L的影掀響，就可眾計算結(jié)構(gòu)崖的非線性身扭轉(zhuǎn)發(fā)散賞。如果攻敘角為0，已即風向與捏橋面一致爪，那么風岸力Fx、Fy