CN110939067A - 一种确定协作体系桥合龙段位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，属于桥梁设计技术领域，包括以下步骤：建立全桥有限元计算模型，确定合理的成桥状态；初步设定合龙段位于边吊索外侧，基于无应力状态量施工控制理论，通过有限元计算得到合龙段悬吊端的梁端竖向位移δ_s；若δ_s在设定的区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置基本合理；若δ_s不在设定的区间范围内，以斜拉段和悬吊段的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算合龙段两端的梁端竖向位移δ_s，直至δ_s满足在设定的区间范围内。本发明能够计算最佳的合龙位置，可快速计算确定合龙段的位置和合龙方案，可操作性强，缩短计算周期，提高设计效率。

Description

一种确定协作体系桥合龙段位置的方法

技术领域

本发明涉及桥梁设计技术领域，具体是涉及一种确定协作体系桥合龙段位置的方法。

背景技术

缆索承重桥梁形式主要有三种，斜拉桥、悬索桥、斜拉悬索协作体系桥。大跨度斜拉桥主梁需承受由斜拉索传递的巨大的轴向分力，同时为了保证斜拉索支撑主梁的效率，考虑到斜拉索非线性垂度效应，索塔高度增长更快，主梁以及索塔的强度和稳定性成为制约其跨越能力的主要因素。

大跨度悬索桥主要的受力构件是锚碇、索塔和主缆，主梁主要为支撑行车道，并非关键的受力构件，但随着跨度的增加，主缆直径增大导致自重增加使得其有效承载效率降低，同时需增加锚碇规模，从而大大增加建设投资。此外，随着跨度增加悬索桥体系刚度衰减较快，对行车条件和结构抗风均不利。

斜拉悬索协作体系桥梁综合了以上两种桥型的优点，其总体思路为在一座桥上同时采用斜拉和悬索两种体系，近塔区采用斜拉体系，跨中区域采用悬索体系。这种桥型能够充分发挥斜拉桥和悬索桥体系各自的优势，相互取长补短。和斜拉桥相比，提高了桥梁的跨越能力，降低了索塔高度要求，减小了主梁承担的轴力，提高了施工和运营阶段的安全性和稳定性。

在斜拉悬索协作体系桥梁的主梁架设过程中，斜拉部分梁段通常采用从主塔根部往两边的悬臂拼装架设，主梁高程在设计高程附近一定范围内变动，但高程变化不大，一般在一米以内，属于小位移范畴；悬吊部分则通常利用主缆上的缆载吊机从跨中往两边连续吊装梁段，在主梁架设过程中，主缆及梁段的位移很发生很大的变化，最大可达几十米，属于大位移范畴。由于这两部分结构特性和施工方法上的差异，导致满足合龙条件的合龙段的位置很难选择，选得不好的话，合龙段两端梁段的高差可能高达数米。

中国发明专利：CN105421236A，公开了一种斜拉悬索协作体系桥梁的合龙方法，其以斜拉悬索协作体系桥梁的重叠区作为合龙段位置，并通过桥面吊机和缆载吊机协同调整合龙段形态实现斜拉区悬臂端主梁和悬吊区悬臂端主梁的合龙；所述合龙段位置设置在斜拉区和重叠区的交界处，且靠近斜拉区。上述专利只是笼统的确定了将合龙段设置在重叠区段内靠斜拉区位置，未涉及确定合龙段位置的计算方法。需要通过不断手动设置合龙段位置并不断试算的方法明显费时费力。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术中涉及确定合龙段位置的计算方法，需要不断手动设置合龙段位置并不断试算的方法明显费时费力的不足，提供一种确定协作体系桥合龙段位置的方法。

本发明提供一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，包括以下步骤：

建立全桥有限元计算模型，确定合理的成桥状态；

初步设定合龙段位于边吊索外侧，基于无应力状态量施工控制理论，通过有限元计算得到靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s；

判断靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置合理；

若靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s不在设定的区间范围内，以斜拉段和悬吊段的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s在设定区间范围内。

优选方案：在建立全桥有限元计算模型的基础上，采用倒拆法拆除合龙段，并在全桥有限元计算模型中施加实际的临时荷载，计算合龙段两端的斜拉段和悬吊段梁端竖向位移和转角，并分别记为{δ_c，θ_c}和{δ_s，θ_s}；

通过调整斜拉索和桥面吊机的站位，使斜拉段梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件。

优选方案：所述斜拉段梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件为：

θ_c＝θ_s，δ_c+L_dtan(θ_c)＝δ_s；

其中，L_d为合龙段长度。

优选方案：所述判断靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置合理，具体为：

判断靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在[0,0.5]米的区间范围内，若靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置合理。

优选方案：所述若靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s不在设定的区间范围内，以斜拉段和悬吊段的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s在设定区间范围内，具体为：

若靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s＜0或δ_s＞1米，以斜拉段和悬吊段的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内。

优选方案：所述判断靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置合理，还包括：

若靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈(0.5，1]米的区间范围内，则在主梁的悬吊段上预压临时荷载，通过计算确定预压荷载量，调整主梁的悬吊段线形，使靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内。

优选方案：所述判断靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段位置合理，还包括：

在合龙前，合龙段靠斜拉侧的梁段不张拉吊索，合龙段靠悬吊侧的梁段不张拉斜拉索。

优选方案：所述斜拉段和悬吊段的重叠区段设有多对吊索和斜拉索，吊索与主缆连接，斜拉索与主塔连接。

优选方案：所述主缆的端部与锚碇连接，所述主塔的外侧设有边墩。

在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，该方法采用全桥有限元计算模型，基于无应力状态量施工控制理论，通过有限元计算得到靠合龙段的悬吊段梁端竖向位移，通过判断靠合龙段的悬吊段的梁端竖向位移的大小来确定协作体系桥合龙段位置，将合龙段设定在协作体系桥最佳的合龙位置。在协作体系桥合龙段位置确定后，计算合龙段两端的斜拉段和悬吊段梁端竖向位移和转角，将合龙段位于斜拉区段梁端的竖向位移和转角与位于悬吊区段梁端的竖向位移和转角匹配，使其具备合龙条件。本发明能够计算最佳的合龙位置，可快速计算确定合龙段的位置和合龙方案，可操作性强，缩短计算周期，提高设计效率。

附图说明

图1为本发明斜拉悬索协作体系桥梁确定合龙段位置的流程图；

图2为本发明斜拉悬索协作体系桥的区段划分示意图；

图3为本发明斜拉悬索协作体系桥梁的结构示意图；

图4为本发明重叠区段范围内合龙段安装后的成桥示意图；

图5为本发明重叠区段范围内合龙段安装前的示意图。

附图标记：1-主缆，2-斜拉索，3-吊索，4-主梁，5-主塔，6-边墩，7-锚碇，41-悬吊段，42-斜拉段，43-合龙段。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例

参见图1所示，本发明实施例提供一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，包括以下步骤：

步骤101、参见图2和图3所示，建立全桥有限元计算模型，确定合理的成桥状态，在斜拉段42和悬吊段41的重叠区段设置n对吊索3和斜拉索2，吊索3的顶部与主缆1连接，斜拉索2的顶部与主塔5连接，主缆1的端部与锚碇7锚固连接，主缆1的主体与主塔5的顶部通过主索鞍连接，在主塔5的外侧设有边墩6，边墩6用于支撑和连接边跨主梁。

步骤102、参见图3和图4所示，初步设定合龙段43位于1#边吊索3外侧(即靠斜拉侧)，悬吊段41范围为所有吊索3区域。基于无应力状态量施工控制理论，通过有限元计算得到靠合龙段43的悬吊段41的梁端竖向位移δ_s；在合龙前，合龙段43靠斜拉侧的梁段不张拉吊索3，合龙段43靠悬吊侧的梁段不张拉斜拉索2。

步骤103、判断靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s是否在[0,0.5]米的区间范围内，若靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内，则认定初步设定的合龙段43位置基本合理；

若靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s∈(0.5，1]米的区间范围内，则在主梁4的悬吊段41上预压临时荷载，通过计算确定预压荷载量，调整主梁4的悬吊段41线形，使靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内。

步骤104、若靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s＜0或δ_s＞1米，以斜拉段42和悬吊段41的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段43的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s，并重复步骤103和步骤104，直至靠合龙段43的悬吊段41梁端竖向位移δ_s∈[0,0.5]米的区间范围内。

步骤105、在步骤101的基础上，采用倒拆法拆除合龙段43，并在全桥有限元计算模型中施加实际的临时荷载，计算合龙段43两端的斜拉段42和悬吊段41梁端竖向位移和转角，并分别记为{δ_c，θ_c}和{δ_s，θ_s}。

步骤106、参见图5所示，通过调整斜拉索2和桥面吊机的站位，使斜拉段42梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段41梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件。

其中，斜拉段42梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段41梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件为：

θ_c＝θ_s，δ_c+L_dtan(θ_c)＝δ_s；

其中，L_d为合龙段长度。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立全桥有限元计算模型，确定合理的成桥状态；

初步设定合龙段(43)位于边吊索(3)外侧，基于无应力状态量施工控制理论，通过有限元计算得到靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s；

判断靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段(43)位置合理；

若靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s不在设定的区间范围内，以斜拉段(42)和悬吊段(41)的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段(43)的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s在设定区间范围内。

2.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于，还包括：

在建立全桥有限元计算模型的基础上，采用倒拆法拆除合龙段(43)，并在全桥有限元计算模型中施加实际的临时荷载，计算合龙段(43)两端的斜拉段(42)和悬吊段(41)梁端竖向位移和转角，并分别记为{δ_c，θ_c}和{δ_s，θ_s}；

通过调整斜拉索(2)和桥面吊机的站位，使斜拉段(42)梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段(41)梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件。

3.如权利要求2所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于：

所述斜拉段(42)梁端的竖向位移和转角{δ_c，θ_c}与悬吊段(41)梁端的竖向位移和转角{δ_s，θ_s}匹配，并具备合龙条件为：

θ_c＝θ_s，δ_c+L_dtan(θ_c)＝δ_s；

其中，L_d为合龙段(43)长度。

4.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于，所述判断靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段(43)位置合理，具体为：

判断靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在[0，0.5]米的区间范围内，若靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0，0.5]米的区间范围内，则认定初步设定的合龙段(43)位置合理。

5.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于，所述若靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s不在设定的区间范围内，以斜拉段(42)和悬吊段(41)的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段(43)的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s在设定区间范围内，具体为：

若靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s＜0或δ_s＞1米，以斜拉段(42)和悬吊段(41)的重叠区段为区间，采用二分法，重新设定合龙段(43)的位置，并更新全桥有限元计算模型，重新计算靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s，直至满足靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0，0.5]米的区间范围内。

6.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于，所述判断靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段(43)位置合理，还包括：

若靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈(0.5，1]米的区间范围内，则在主梁(4)的悬吊段(41)上预压临时荷载，通过计算确定预压荷载量，调整主梁(4)的悬吊段(41)线形，使靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s∈[0，0.5]米的区间范围内。

7.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于：

所述判断靠合龙段(43)的悬吊段梁端竖向位移δ_s是否在设定的区间范围内，若在设定区间范围内，则认定初步设定的合龙段(43)位置合理，还包括：

在合龙前，合龙段(43)靠斜拉侧的梁段不张拉吊索(3)，合龙段(43)靠悬吊侧的梁段不张拉斜拉索(2)。

8.如权利要求1所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于：

所述斜拉段(42)和悬吊段(41)的重叠区段设有多对吊索(3)和斜拉索(2)，吊索(3)与主缆(1)连接，斜拉索(2)与主塔(5)连接。

9.如权利要求8所述的一种确定协作体系桥合龙段位置的方法，其特征在于：

所述主缆(1)的端部与锚碇(7)连接，所述主塔(5)的外侧设有边墩(6)。

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