斜拉桥合理成桥状态的确定
综合法初定斜拉桥合理成桥状态
能 主。作压构要塔弯不 太：塔塔为弯件求内矩
（ ）主 梁 。主梁 弯矩 在 恒 、 ２ 活载 作用 下 弯 曲
应力 小且分 布均匀 。
（ ）斜 拉索 。斜拉 索的 索力 从 自身 出发 要满 ３ 足两 方面要 求 ： 斜拉 索垂 度要求 的最小 索力 ； 材料
总 第 ２ ９ ｚ期 ２ｌ 年第 ｏ ｏ ３ 期
交
通
科
技
Ｓ ｒａ Ｏ ３ ｅ ｉｌＮ ．２ ９
Ｎｏ． ２ Ａ ｐｒ ２ ０ ． ０１
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａ ｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
综 合 法 初定 斜 拉桥 合 理成 桥 状 态
下不 出现负反力 。 １２ 综合法初 定成桥 状态 ． 综 合法 即最小 弯曲 能 量法 结 合应 力 平衡 法 ，
备 ， 支座反力作 为 约束条件 。综上所述 ， 将 索力优
化 的优化模 型 Ｉ ： 为 ・
ｍｗｘ一 ｉ ｉ（ ｍ ｎ ）
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图 １ 某 独 塔 斜拉 桥 立 面 图
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ｌ 合确合成状 综法定理桥态
１ １ 合理成 桥状态 的确定 原则 ． 在确定理 想 成桥 状 态过 程 中 ， 必须 综 合 考虑
ｆ
３ ｌ（ ）
ｏ ２ ≤ 万ｉ ｏ ４ ．Ｒ Ｔ ≤ Ｒ
施工监控课后习题整理
施工监控课后习题整理第一章绪论----要点与作业一、四种大跨度桥梁主要施工方法与施工控制技术关键（一）混凝土梁桥施工方法：先简支后连续、顶推法、悬臂现浇法、悬臂拼装法悬臂法施工控制关键：主梁线形、合龙精度、主梁正应力、腹板主拉应力（二）拱式桥拱桥的施工技术1.支架法2.缆索吊装法3.悬臂法4.转体法拱桥施工控制关键：主拱圈线形、合龙精度、主梁线形、吊杆力（中、下承式拱桥）、系杆力（系杆拱桥）（三）斜拉桥主梁悬臂现浇施工钢箱梁吊装施工斜拉桥桥施工控制关键：主梁线形、斜拉索索力、合龙精度、主塔偏位（四）悬索桥悬索桥施工：猫道架设、主缆架设、吊杆安装、主梁架设、主梁架设方法【1.跨缆吊机法（大江大河）2.缆索吊机法（山区，江河）3.桥面吊机法（山区，江河）4.轨索运梁法（山区）5.顶推法（自锚式）】悬索桥施工控制关键：主缆线形、吊索索力、加劲梁安装、主索鞍偏位二、桥梁施工控制概念桥梁施工控制技术，就是把现代控制理论应用在桥梁施工过程中，确保在施工过程中，桥梁结构的内力、变形一直处于允许的安全范围内，确保最终的实际桥梁变形和内力符合设计理想的变形和内力的要求。
通过施工控制来解决：成桥设计目标；施工安全。
三、桥梁施工控制的任务与工作内容1) 施工状态的计算。
?即计算各施工状态的结构内力、应力、变位等理论值。
2) 状态变量的量测。
即量测各施工状态的结构内力、应力、变位等实际值。
3) 控制分析与调整。
对结构刚度、自重、?混凝土收缩与徐变等设计参数进行识别和预测，以理想成桥状态作为控制目标，通过对安装索力和立模标高等参数的调整，使最终实际成桥受力和线形状态满足设计要求，并且确保施工过程中受力安全。
第二章桥梁施工正装计算一、试述桥梁施工过程模拟计算的基本方法；一般用有限元法：平面杆系、空间杆系、精确空间模型（板壳、体元等）有限元法中混凝土收缩和徐变的计算方法：初应变法、等效弹性模量法等。
二、试述桥梁施工过程模拟计算中混凝土收缩和徐变的计算方法；徐变影响计算方法：初应变法；等效弹性模量法等。
叠合梁斜拉桥合理成桥索力确定新方法
叠合梁斜拉桥合理成桥索力确定新方法探讨摘要：叠合梁斜拉桥的主梁是一种组合结构，在确定合理成桥索力时，与其它类型的斜拉桥有着不同之处。
本文针对叠合梁斜拉桥的特点，结合具体算例，采用平面双层框架模型模拟主梁，首先根据零位移法初定一个成桥索力，然后在此基础上考虑恒载和活载的共同作用，根据应力平衡法确定主梁弯矩的合理恒载可行域，最后，根据索力对主梁弯矩的影响矩阵进行索力调整，所得索力更加符合斜拉桥的要求。
关键词：斜拉桥叠合梁合理成桥状态索力1．前言叠合梁斜拉桥就是主梁为钢结构，桥面系为混凝土结构的斜拉桥。
叠合梁斜拉桥的结构分析与其它类型的斜拉桥一样，确定理想的成桥索力是一个非常关键的问题。
同时，由于叠合梁斜拉桥又具有它自身的特点，使得在确定成桥索力时又存在着与众不同的问题[1]。
对于叠合梁斜拉桥，叠合梁一般可以按照常规的方法将混凝土翼缘板面积换算为等效的钢截面，然后按普通的斜拉桥的计算方法进行计算。
但这在进行施工过程的分析计算时又有很大的困难，计算过程比较繁琐。
本文采用平面双层框架模型对叠合梁进行模拟，可以很方便的根据施工顺序进行施工过程的模拟计算。
2．采用分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力对于叠合梁斜拉桥来说，由于主梁截面由两种材料组成，在确定成桥状态时既要考虑钢主梁又要兼顾桥面板的受力，单一采用某一种方法难以取得满意的结果，往往需要综合比较使用才能达到设计者的要求。
本文以控制结构在正常使用状态下最大、小应力为主要目标，采用分步算法进行成桥索力优化。
2．1分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力的步骤首先，用零位移法初定成桥状态。
用零位移法将能得到一个主梁和塔内弯矩较小、主梁线形合理，且索力基本均匀的成桥状态，但是这时的状态并不是最合理的，这种成桥状态也不是最终的目标，它是后面进行理想成桥状态调整的基础；根据主梁上下缘的拉压应力控制条件，综合考虑活载应力，即可得到主梁在成桥状态下恒载弯矩的合理范围[2]；最后进行合理成桥状态调整。
斜拉桥分析注意事项
斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。
对于梁式桥梁结构，如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定之后，结构的恒载内力也随之基本确定，无法进行较大的调整。
对于斜拉桥，由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的，合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。
因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态，即合理的线形和内力状态，其中起主要调整作用的就是斜拉索的张拉力。
确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等，各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公路桥梁设计丛书—《斜拉桥》。
MIDAS/Civil 程序针对斜拉桥的张拉力确定、施工阶段分析、非线性分析等提供了多种解决方案，下面就一些功能的目的、适用对象和注意事项做一些说明。
1 .未闭合力功能通常，在进行斜拉桥分析时，第一步是进行成桥状态分析，即建立成桥模型，考虑结构自重、二期恒载、斜拉索的初拉力（单位力），进行静力线性分析后，利用未知荷载系数’的功能，根据影响矩阵求出满足所设定的约束条件（线形和内力状态）的初拉力系数。
此时斜拉索需采用桁架单元来模拟，这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大，而且影响矩阵法的适用前提是荷载效应的线性叠加（荷载组合）成立。
第二步是利用算得的成桥状态的初拉力（不再是单位力），建立成桥模型并定义倒拆施工阶段，以求出在各施工阶段需要张拉的索力。
此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟，在施工阶段分析控制对话框中选择体内力”第三步是根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力，将其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。
此时斜拉索仍需采用只受拉索单元来模拟，但在施工阶段分析控制对话框中选择体外力”但是设计人员会发现上述过程中，倒拆分析和正装分析的最终阶段（成桥状态）的结果是不闭合的。
这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异，导致正装分析时得到的最终阶段（成桥阶段）的内力与单独做成桥阶段分析（平衡状态分析）的结果有差异。
混凝土斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法
1 合理成桥状态的确定原则
111 索力分布 索力要分布均匀, 但又有较大的灵活性。通常短
索的索力小, 长索的索力大, 呈递增趋势, 但局部地 方应允许索力有突变。如 0 号索 (当为全漂浮体系的 桥型时) 和 1 号索的索力通常用较大的值。在所有的
索中, 不宜有太大或太小索力的索。 112 主梁弯矩
状态结构在恒载作用下, 索梁交点处位移为零。这种 方法由于受力原理与刚性支承连续梁法类似, 因此, 结果也很一致, 而此法由于计入了索的水平分力影 响, 更为合理些。 此法同样有对于不对称结构, 塔的 弯矩难以照顾的问题,“零支反力法”也有类似之处。
(3) 内力平衡法。 该法是以控制截面内力为目 标, 通过合理选择索力, 来实现这一目标, 控制截面 可包括主梁和塔, 因此, 主梁和塔的内力都可照顾 到。内力目标综合考虑了恒载和活载, 但同样有索力 可能不均匀的问题。
(3) 主梁成桥恒载弯矩可行域。在第 2 步获得的 成桥状态基础上加入配置好的预应力, 获得一个新 的成桥状态, 相应的主梁轴力为 N d + N y。 根据 N d + N y 以及第 3 (1) 步的主梁活载应力包络图计算主 梁弯矩可行域。 214 用影响矩阵法[ 4 ] 进行合理成桥状态调整
在第 2 步获得的成桥状态基础上, 通过对成桥 索力的调整, 使主梁成桥恒载弯矩落在弯矩可行域 内, 并且尽量在域内居中, 或根据设计要求居于有利 位置上。在建立调整的数学模型中, 同时考虑塔的受 力要求, 并且必须把成桥索力也作为目标, 否则, 成 桥索力又会被调乱。 215 成桥状态检验
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥的合理成桥状态一、概述在通常意义下，桥梁的设计必须遵照适用、经济、安全和美观的基本原则，这在桥梁的初步设计阶段显得尤为突出。
桥梁初步设计要解决桥型方案问题，即根据行车、通航等使用要求，选定合适的桥梁类型和立面布置，确定主要的结构尺寸。
对于斜拉桥方案，需确定塔的个数、主跨大小、边跨与主跨比例、主梁的截面形式和高度、主塔的形式、斜拉索的布置、主梁与塔和墩的连接或支承方式等主要参数。
这些主要参数的确定通常是先根据经验初拟。
进行结构分析计算出设计内力，进行截面设计确定配筋和验算应力或裂纹，如果内力和截面设计结果不合理。
再修正有关参数重新作结构分析和截面设计，直至满足规范要求。
传统的设计方法在计算设计内力时，通常采用一次落架法计算恒载内力，这对于结构体系比牧简单的桥梁（如简支梁桥，采用一次落架法施工的中小型桥梁）来说是可行的，但对于斜拉桥，由于斜拉索需要进行预张拉，因此即使采用一次落架法施工，结构内力的计算也不是确定的。
斜拉桥一般采用悬臂法施工，最终的成桥恒载受力状态是通过施工过程一步步形成的，施工过程中斜拉索要逐根安装并进行张拉。
施工工序和张拉索力决定了桥梁在施工过程中的受力，也决定了成桥的恒载受力状态。
但张拉索力的确定又必须有一个已知的成桥恒载受力状态作为目标才能实现。
因此斜拉桥的设计计算首先要解决成桥受力状态的问题。
前，桥梁的设计规范采用极限状态理论，分正常使用和承载能力两种极限状态。
按正常使用极限状态验算结构刚度、截面应力或裂纹宽度：按承载能力极限状态验算截面的极限抗力。
通常按弹性理论进行结构内力计算，按此内力进行验算。
但由于斜拉桥为高次超静定结构，如果要分析结构的极限承载力，则必须考虑材料的塑性，充分计入材料和儿何非线性引起的结构内力重分布，才能真正求出结构的极限承载力，国内外在这方面有一些研究，但还有不少问题需要解决。
二、斜拉桥成桥受力状态确定方法斜拉桥成桥受力状态包括成桥恒载内力状态和主梁线形状态，并且对于混凝土斜拉桥，由于混凝土收缩徐变的影响，成桥后相当一段时间内恒载内力状态和主梁线形状态会随时间变化，通常认为5年后才能基本稳定。
分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力
总第 ２ １ ２ 期 ２ ０ 年 第 ２期 ０７
交
通
科
技
Ｓ ｒａ Ｎｏ ２ １ ｅｉｌ ． ２ Ｎｏ ２ Ａｐ ． ０ ７ ． ｒ２０
Ｔｒｎ ｐ ｒａｉｎＳ ｉｎ ｅ ８ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ＬＴｅｈ ｏｏ ｙ ｏ
着 不 同之 处 。文 中针 对 叠 合 梁 斜 拉 桥 的特 点 ， 结合 具 体 算 例 ， 用 平 面 双 层 框 架 模 型 模 拟 主 梁 ， 采 根
据零位移法初定一个成桥索力 ， 在此基础 上考虑恒载 和活载 的共 同作 用 ， 根据应 力平衡 法确定 主 梁弯矩的合理恒载 可行 域 ， 再根据索力对 主梁弯矩的影响矩 阵进行索 力调整 。所得 索力更 加符合
般 斜 拉 桥 的 特 点 外 ， 有其 自身 的 一 些 特 点 ： 还
① 主梁 多采 用钢 双 主梁 的形 式 ， 断面形 式 常用 其
实腹 开 口工字形 、 箱形 等 ； 通 常为 双索 面体 系 ， ②
斜 拉索锚 固在边 主梁 上 ， 而 使 抗 扭 较差 的桥 面 从 系获得 较 大 的抗 扭 惯 性 矩 ； 桥 面板 多为 预 制 ， ③ 增 长预 龄期 ， 以减 少混 凝 土板 的收 缩 徐 变对 结 构
件 的影 响 ， 最ｔ － 乘 法求 出索力 调整量 ， 用 ｂ－ 得到 一 个 理想 的成 桥状 态 。
规 的方 法将混 凝 土翼缘 板 面积换算 为等效 的钢截 面， 然后 按普 通 斜 拉 桥 的计 算 方 法 进 行计 算 。但 这在进 行 施 工 过 程 的 分 析 计 算 时 又 有 很 大 的 困 难， 计算 过程 比较 繁 琐 。本 文 采 用平 面 双 层 框架 模型对 叠合 梁进 行 模 拟 ， 以 很 方便 地 根 据 施工 可 顺序进 行施 工过 程 的模 拟计 算 。
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥的合理成桥状态
斜拉桥是一种以斜拉索支撑主梁的桥梁结构，其合理成桥状态是指在斜拉桥建成后，其结构应该达到的一种理想状态，以保证桥梁的安全、稳定和经济运行。
斜拉桥的合理成桥状态包括以下几个方面：
1. 结构稳定：斜拉桥的结构应该具有足够的稳定性，能够承受各种荷载和风载的作用，同时在地震等自然灾害下也能够保持稳定。
2. 安全可靠：斜拉桥的结构应该具有足够的安全性和可靠性，能够保证车辆和行人的安全通行，同时在发生事故时也能够保证救援和维修的便利性。
3. 经济性好：斜拉桥的结构应该具有良好的经济性，能够在设计、施工和运营过程中尽可能地减少成本和资源的浪费，同时能够实现长期的经济效益。
4. 美观性好：斜拉桥的结构应该具有良好的美观性，能够与周围环境相协调，同时能够体现出设计者的创意和技术水平。
为了达到斜拉桥的合理成桥状态，需要在设计、施工和运营过程中进行全面的考虑和规划，同时需要进行严格的质量控制和监测，确保斜拉桥的安全、稳定和经济运行。
基于综合方法的斜拉桥合理成桥索力确定
（， ）） COMMUNICATIONS STANDARDIZATION． No．OF 1 ，200 81 ISSUE No．173 COMMUNICATIONS STANDARDIZATION． 1 HALF No． 2009 （No.188
HIGHWAY ENGINEERING AND TRANSPORTATION
小弯曲能量法 ， 其缺点是加大了梁的面积 ， 不便考 虑主梁预应力的作用 ， 同时略去了拉索轴力引起的 势能 ； 经过进一步简化 ， 只计弯矩平方和
乙M dx，
2
COMMUNICATIONS STANDARDIZATION． 1 HALF OF No．1 ，2009 （No.188 ）
J BH
交 通 标 准 化 · 2009 年第 1 期上半月刊 （ 总第 188 期 ）
HIGHWAY ENGINEERING AND TRANSPORTATION
公 路 工 程 与 运 输
则又称为弯矩最小法 ， 其缺点是使塔和梁的刚度差 别很大 ， 将塔 、 梁一视同仁 ， 过于粗略 ；
c） 加权法
该方法给能量加 以 一 个 代 表 造 价
2.2.4 2.2.1中计算出的初始索力上 ， 得到最终要求的合理
[Ti′]{Ti}={ΔTi} 2.3
综合方法的评价 与各传统方法相比较 ， 综合方法的原理简明 ， 概念清晰 ， 不需要专用计算程序 ， 仅采用通用计算 程序即可计算， 而且计算过程简单（可直接在
1.3
有约束优化法 一般多约束优化的计算模型为 ： 设有 n 个设计
变 量 z {x1，x2，… ，xn}， 要 求 目 标 函 数 f （z ） 达 到 最 小 ， 满足 m 个约束条件 ： gi（z ）≤0， j=1，2，…，m ， 用优化 法求恒载索力 ， 索力 Ti 就是设计变量 ， 而如何选择 目标函数和确立约束条件 ， 则有拉索用量最小法 、 结构应变能最小法等多种多样的方法 。
斜拉-悬索协作体系桥合理成桥状态的确定
Ｔｈ ｅ Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｌａ ｒ ｇ ｅ — — ｓ ｐ ａ ｎ Ｃａ ｂ ｌ ｅ — — ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ — — ｓ ｕｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｂｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｓ
一 一 一 一 ～ ～ ～ 一 ～ ～ 一 ～ 一
内。
在成桥状态下 ， 加劲梁 的恒载 弯矩要控 制在 “ 可行域” 范 围
（ ４ ） 主塔 弯矩
对于 自锚式斜拉一悬索协作体系桥来说 ， 应该使 主塔在恒 载作用下 的弯矩尽量小 ， 并且使塔 顶水 平变位 接近于 零。
二． 斜拉・愚素协作体系桥合理成桥状态确定的算法
参 数 方程 法 、 节线法等。
２斜拉一悬 索协作体 系桥合理成桥状态 的确定原则
（ １ ） 斜 拉 部 分 索 力 分 布
很 少 。本 文 结合 Ａ ＮＳ ＹＳ的优 化 模 块 ． 对 斜 拉一 悬 索协 作 体 系
索力要分 布均 匀 ， 但又有较大的灵活性。通常短 索的索力
小， 长索 的索力大 ， 呈递增趋势 ， 但 局 部 地 方 应 允 许 索 力 有 突 变。 （ ２） 主 缆 线 形
５ ６
的确 定是 设 计 中要 解 决 的一 个 重 要 的 结 构 受 力 问 题 ． 目前 针 对 斜 拉 桥 和 悬 索桥 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 已 经 比 较 成 熟 ．但 关
于斜 拉 一 悬 索协 作 体 系这 种 新 桥 型 的 成 桥 状 态 的 确 定 方 法 还
小法 、 用索量最小法和影响矩 阵法等。 悬索桥成桥状 态确定 的主要 方法有 ： 抛 物线法、 悬链线法 、
影响矩阵法确定斜拉桥的合理成桥状态
法——影 响矩阵法。影响矩 阵法不 仅 可 以应用 于获 取斜 拉桥 合 理成桥 索力 ， 也能确 定和优 化施 工 阶段 的索 力 ， 是更 为完 备 的一
种方法 。
但 是在斜拉桥 的计算分析 中， 如何确定斜 拉桥 的合理成 桥状 ２ 被调 向量 的 影响矩 阵 法
为使斜拉桥达到一个合理 的成桥状 态 ， 可 以通 过调整斜 拉桥 内力 、 应力 值 。为使 所关 心截 结构的可靠度 以及桥 梁服 役期 间 的安 全性 和舒适 性起 着决 定性 的索力来调整关 心截 面 的位 移 、 就必须 改变 ｎ个施调 的作用 。对于斜拉桥这种高次超静定 结构 ， 通 过索 力的调整 可 以 面的 ｎ个受调的独立变量被调整 为期望值 ， 向量。现作如下定义 ： 改变结构的受力状 态 。虽 然斜拉 桥合 理 的成桥状 态并 没有 一个
力可能使靠 近主塔 的第一对 索 的索力 非常 大 ， 而第二 对却 很小 ，
甚至是 负值 。
…
Ⅱ
●
… ０ｎ １ 束的斜 拉 索力优 化
此 种方法 最具代 表性 的例子是 弯曲能量 最小 法 和弯矩 平
构成影 响矩阵的元素是一些 力学量 （ 可能是位移 、 内力 、 应力
最终计算 了范和港大桥的合理成桥索 力， 结果符合规范及工程计算的精度要求 ， 方法简单方便 ， 具有一定 的借鉴意 义。
关键 词 ： 斜拉桥 ， 影响矩阵法 ， 合理成桥状 态 中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ７ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引言
随着科 技的飞速发展 ， 斜拉桥 的设 计理论 与施工方 法也 在不 断更新 与完善 ， 斜拉桥 已成为 一种 既美 观又实用 的桥型。 态是一个关键的 问题 。斜拉桥在成 桥状态下 的索力是 否合理 ， 对
斜拉桥设计要点
斜拉桥的设计要点(1)结构几何尺寸的确定斜拉桥作为由塔、梁、索组成的组合体系，进行设计时必须综合考虑塔、梁、索三者之间的相互关系。
在桥跨布置、主梁断面形式、索塔形式、索塔高度及支承体系确定后，就可拟定主梁高度以及索塔截面尺寸，并根据主梁高度、受力及构造要求初拟各部分尺寸，然后用平面杆系程序进行试算调整。
调整的原则：①边跨配重应使结构在恒载作用下边墩支座不产生拉力，且在运营期间边墩支座的拉力应控制在一个适当的数值内（便于边墩设计和支座生产）。
②斜拉索的应力、索塔混凝土的压应力、主梁恒载弯矩都应根据桥梁的实际情况控制在合适的幅度内。
③结构体系刚度必须满足要求，主梁在汽车荷载作用下的挠度小于规范规定，并有一定的富余。
④尽量减少梁段类型，方便施工。
几何尺寸的拟定过程中还应结合桥位考虑结构的抗风和抗震要求，必要时应进行节段或全桥的风洞模型试验。
(2)整体静力分析一般来讲，斜拉桥静力分析是先确定合理的成桥状态，再进行施工过程计算，通过控制施工中每根拉索的安装索力来确保实现预定的合理成桥状态。
①合理的成桥状态在确定成桥状态时，起控制作用的往往是主梁的应力。
因此，成桥状态的确定应以主梁受力合理为目标，以应力平衡法来设计主梁恒载内力为佳。
该方法是：以主梁各截面上下缘的最大最小应力作为控制条件来确定其预应力大小和恒载弯矩。
对于混凝土梁一般以拉压应力控制，以截面上下缘的最大应力满足拉压应力控制条件为最理想。
用这种方法确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为理想值，其成桥状态称之为理想状态。
但恒载弯矩在一些控制区域（如跨中）准确地为理想值实际很难实现，设计时一般允许恒载弯矩有一定的活动范围，并将由此确定的预应力和主梁成桥恒载弯矩称之为合理值，其成桥状态称之为“合理状态”。
②静力分析计算成果合理的成桥状态确定之后，就可以对结构进行详细的静力分析计算。
静力分析的主要内容有：结构设计的施工流程在各阶段的应力、变形、初始索力等，以及成桥运营状态下，各截面的应力和变形。
一种确定斜拉桥合理成桥索力的综合方法探讨
斜拉 桥是 由梁 、 和 索 ３大 部分 组 成 的一 种 塔
组 合体 系桥 梁 。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ由于斜 拉索 的存 在 ， 斜拉桥 成为 使
高 次超 静 定 结构 ， 加 了斜拉 桥 设 计计 算 的复 杂 增 性。 索力 的大小 对 结构 的受 力影 响非 常大 ， 而索 力 通常 是在 施工 中进 行有 限次 张拉后 确定 的 。由于 施 工 设 备 数量 等 条 件 限制 ， 张拉 只 能逐 根或 分 组 进行 。斜 拉索 的张 拉对 整个斜 拉桥 的受力 有很 大
维普资讯
ｌ２ Ｏ
交通 与 计 算 机
２０ 年 第 ３期 第 ２ 卷 ０７ ５
总 １６ ３ 期
一
种确定斜拉桥合理成桥 索力的综合方法探讨
杨 俊 盛 君
（ 汉 理 工 大 学 武汉 ４ ０ ６ ） （ 北 交 通 职业 技 术 学 院 武 汉 ４ ０ ５ ） 武 ３ ０ ３ 湖 ３ ０ ７
力 方 法 特 点 的基 础 上 ， 绍 了综 合 刚 性 索 法 和 自动 调 索 法 确 定 合 理 成 桥 索 力 的原 理 和 步 骤 ， 过 介 通
算 例 证 明 ， 方 法 概 念 明确 、 该 计算 方 便 ， 得 结果 满 足要 求 。 所
关键词
斜拉桥 ； 理成桥状态 ； 合 索力
文 献 标 识码 ： Ａ
中图法分类号 ： ４．７ Ｕ４ ８ ２
（ ）刚性 索法 。将各 拉索 刚度 置超 大量 级数 ２
Ｕ 刚 吾
值 （ ｌ 以上 ）形 成 刚性索 ， 出索 力 。此 法 的 如 Ｏ ， 算 缺 点是 ， 拉索发 生 刚体 位移 ， 主梁线 形不 能保 持原
状。
翼 缘的 最大应力 和材 料容许 应力 之 比等于 下翼缘 的最大 应力和材 料容许 应 力之 比 。
斜拉桥施工状态的确定方法
斜拉桥施工状态的确定方法一、概述通常，斜拉桥要实现最终的成桥状态豁要经过一系列的施工步骤。
根据主梁的施工方法不同有支架现浇法、支架拼装法、顶推法、悬臂现浇法、悬臂拼装法。
从斜拉索的张拉次数不同可分为一次张拉法和多次张拉法。
从悬僻现浇挂篮的支承方式不同可分为后支点挂篮和前支点挂篮。
支架现浇法或支架拼装法的主梁是在支架上进行现浇或拼装的，一般为落地支架。
通常用于规模较小的斜拉桥。
顶推法是指主梁采用顶推法施工的情况，一般也只适用于较小规模的斜拉桥。
悬臂现浇法是利用挂篮进行主梁的施工，通常相应梁段的斜拉索必须同步施工，对于采用后支点挂篮施工的情况，一个标准梁段的施工工序通常为：①挂篮前移并立模定位；②安装钢筋等、浇注混凝土；③混凝土待强后，张拉梁内预应力；④挂对应梁段的斜拉索并进行张拉。
对于采用前支点挂篮施工的情况，一个标准梁段的施工工序通常为：①挂篮前移并立模定位；②挂当前梁段斜拉索与挂篮前端相连并进行第一次张拉；③安装钢筋等、浇注部分混凝土；④当前梁段斜拉索进行第二次张拉；⑤浇完梁段混凝土；⑥混凝土待强后张拉梁内预应力；⑦降挂篮，当前梁段斜拉索进行第三次张拉。
悬臂拼装法是利用浮吊或桥面吊机将预制好的梁段逐段拼装的，通常斜拉索也必须同步安装并张拉。
悬臂施工法（现浇或拼装）施工达到最大悬臂后，要进行合龙段施工，如标准的三跨双塔斜拉桥，一般分别以两个主塔为中心进行双悬臂施工，达到最大悬臂后先合龙边跨，然后再进行中跨合龙施工，各跨的合龙施工是斜拉桥施工中极其关键的环节，通常的合龙程序为：①安装合龙段混凝土施工的吊架；②配平衡重施加在合龙口两侧；③利用定位装置嵌定合龙口；④安装钢筋等、浇注合龙段混凝土并逐级去掉合龙口两侧的平衡重；⑤张拉合龙预应力束。
如果平衡重与合龙梁段的重盆相等，则合龙口嵌定装置基本上不承受由合龙段混凝土浇注引起的内力。
合龙程序还有一个核心问题就是平衡重施加的时间。
这里是在合龙口嵌定之前，施加在主梁最大悬臂状态下，如果在合龙门嵌定之后施加，则由于嵌定装置使主梁成为了连续结构，其受力情况完全不一样，并且，合龙口嵌定装置需承受由平衡重引起的很大的内力，对成桥状态的主梁弯矩影响很大，后者与前者相比，跨中区域产生较大的恒载正弯矩，与该区域的控制弯矩同号，是不利的。
斜拉桥计算
活载内力计算：
活载内力一般通过影响线加载计算。
斜拉桥内力计算中的非线性因素：
中小跨度斜拉桥可以不考虑非线性的影响，大跨度斜拉桥计算必须考虑以下几种非线性因素：
１、几何非线性：因为结构的变形较大，变形不能被忽略。
２、斜拉索垂度影响：一般折算为弹性模量的损失，即采用EANST公式修正弹性模量。
３、材料非线性影响：钢筋混凝土等材料在应力较高的情况下不符合虎克定理。
横梁计算：
横梁是空间受力，很复杂。要做空间分析才能说明清楚，简化计算时双索面斜拉桥按简支梁计算，单索面按悬臂梁计算。
关键部位局部应力验算：
斜拉索索力比一般预应力大很多，塔柱锚固区、索梁交叉点、梁体的锚固区均需特别作应力分析。
静力稳定性验算，
风荷载稳定性验算，
地震荷载作用下内力验算，
主梁挠度计算。
斜拉桥计算方法
成桥状态合理索力的确定：
刚性支承连续梁法。
施工阶段斜拉索初张力确定：
倒拆法，无应力状态法。
自重内力计算：
一般需采用有限元程序按施工过程进行模拟跟踪计算，简化方法只是用于早期的斜拉桥。
主梁静力稳定性验算：
斜拉桥主梁是受压构件，必须验算其稳定性，验算分两类；
一类是稳定验算假定材料在失稳时仍处于弹性状态；
一类是稳定验算(弹塑性稳定验算)假定某局部应力达到材料屈服强度时该局部发生屈服，全结构产生应力重，结构失稳。
斜拉桥计算
需要计算的部位：
主塔、主梁、斜拉索、局部构件；
主要荷载：
恒载、预应力、活载、日照温差、常年温差、基础不均匀沉降、风荷载、地震荷载；
计算项目：
自重总体内力计算，
斜拉桥与悬索桥计算理论简析
斜拉桥与悬索桥计算理论简析斜拉桥与悬索桥是桥梁结构中跨越能力最大的两种桥型，随着桥梁建造向大跨径方向发展，它们越来越成为人们研究的热点。
通过大跨径桥梁理论的学习，我对斜拉桥与悬索桥的计算理论有了较为系统的了解。
在本文中，我想从一个设计者的角度，在概念层次上，对斜拉桥与悬索桥的计算理论做个总结，以加深自己对这些计算理论的理解。
一、斜拉桥的计算理论斜拉桥诞生于十七世纪，在最近的五十年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一。
有理由相信，在大江河口的软土地基上或不适合建造悬索桥的地区，有可能修建超过1200米的斜拉桥。
斜拉桥是塔、梁、索三种基本结构组成的缆索承重结构体系，一般表现为柔性的受力特性。
（一）、斜拉桥的静力设计过程1、方案设计阶段此阶段也称为概念设计。
本阶段的主要任务是凭借设计者的经验，参考别的斜拉桥的设计，结合自己的分析计算，来完成结构的总体布置，初拟构件尺寸。
根据此设计文件，设计者或甲方（有些地方领导说了算）进行方案比选。
2、初步设计阶段本阶段在前一阶段工作的基础上进一步细化。
主要任务是：通过反复计算比较以确定恒活载集度、恒载分析、调索初定恒载索力、修正斜拉索截面积、活载及附加荷载计算、荷载组合及梁体配索、索力优化以及强度刚度验算等。
3、施工图设计阶段此阶段要对斜拉桥的每一部位以及每一施工阶段进行计算，确保结构安全。
主要计算内容有：构件无应力尺寸计算、对施工阶段循环倒退分析、计算斜拉索初张力、预拱度计算、强度刚度稳定性验算以及前进分析验算等。
（二）、斜拉桥的计算模式1、平面杆系加横分系数此模式用在概念设计阶段研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置。
还可用于技术设计阶段，仅仅计算恒载作用下的内力。
2、空间杆系计算模式此模式用在空间荷载（风载、地震荷载以及局部温差等）作用下的静力响应分析。
此模式按照主梁可分为三种：“鱼骨”模式、双梁式模式与三梁式模型。
斜拉桥索力优化
学习笔记 2009.11
合理的成桥状态
• 斜拉桥的合理成桥状态要满足： “ 索力分布，均匀、主塔弯矩不能太大、主梁应 力要控制在其“可行域”范围内、边墩的支座反 力在恒载下要有足够的压力储备, 其中, 主梁的应 力最为关键。”
• 索力优化目标： “塔直梁平，拉索索力均匀，施 工过程应力安全性，主梁线形，成桥后主梁设计 验算的宽容度”
• 南宁桥：三维钢拱肋斜拉扣挂施工
调索软件
• 索单元与非线性问题 • 等效桁架单元（弹性模量折减） • 悬链线索单元 • Midas软件的非线性功能：索的分析（杆单
元，悬链线索单元），Pdelta效应，大位移
调索软件
• 桥梁博士 • V30以上版本调索工具
• 宜宾桥： • 双塔PC箱梁桥，索力普调
• 影响矩阵
成桥索力计算的几个典型方法
• 指定受力状态的索力优化法, 以刚性支承梁法和零 位移法为代表。刚性支承连续梁法将斜拉桥主梁 在恒载作用下弯曲内力呈刚性支承连续梁状态作 为优化目标。零位移法以结构在恒载作用下梁的 节点位移为零作为优化目标。
• 典型的斜拉索索力的无约束优化法是弯曲能量最 小法和弯矩最小法, 弯曲能量最小法是用结构的弯 曲应变能作为目标函数;弯矩最小法是以弯矩平方 和作为目标函数。
• 主梁设计是PC斜拉桥索力优化难点和关键。
悬链线索单元
• 主要优点 ・精确计入垂度影响，能模拟各种极端情况； ・分析模型的自由度个数少； ・通过仅仅给定无应力长度和端点坐标即可确定 整根索的几何状态和内力状态； ・简化索结构的找型分析； ・无应力长度确定后，任意取一个初始构形即可 方便地找出结构的恒载状态、施工状态和使用状 态下的构形，而固定不变的无应力长度又保持了 结构的连续性和计算精度。
弯曲能量最小法确定斜拉桥合理成桥索力
弯曲能量最小法确定斜拉桥合理成桥索力杨希尧;杨树萍;蔡敏【摘要】斜拉桥成桥恒载内力的分布对其结构体系的好坏有重大的影响.斜拉桥恒载内力的优化过程也是一个设计过程.文章介绍了基于Midas/Civil 2010有限元软件,以某独塔斜拉桥为工程实例,利用弯曲能量最小法确定斜拉桥合理成桥索力,并与测定的实际成桥索力进行对比分析,确定弯曲能量最小法的的实用性.【期刊名称】《安徽建筑》【年(卷),期】2014(021)002【总页数】2页(P112,193)【关键词】斜拉桥;索力优化;弯曲能量【作者】杨希尧;杨树萍;蔡敏【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;浙江水利水电专科学校,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】U4410 前言斜拉桥设计的首要任务就是确定该桥合理成桥状态，然后基于该成桥状态做进一步的分析，选择科学且安全的施工过程，使得斜拉桥在成桥时达到理想的受力状态。
合理的成桥恒载受力状态指的是斜拉桥施工完成之后，在自重、斜拉索拉力以及桥面铺装等恒载作用下，其结构内力达到预期的状态[1]。
1 基于Midas/Civil的弯曲能量最小法应用斜拉桥的索力优化方法中无约束的索力优化法，典型例子就是弯曲能量最小法[3]。
定理：在斜拉桥结构中，令结构单元的EI→0或者EA→∞,则斜拉桥一次落架时的内力状态与把结构弯曲能量最小作为调索目标时的内力状态是一致的。
证明：建立结构体系的目标函数是为了得到斜拉桥的合理索力Xi 的第一步。
对于目前实际工程中采用常规材料建造的斜拉桥，主梁和索塔截面的尺寸大小主要由相应的弯矩控制，所以结构承受弯矩所需要的材料用量大很多，因此用结构体系的弯曲应变能作为结构经济指标的衡量标准是可行的[4]。
弯曲能量最小法是以结构体系的弯曲应变能作为目标函数，使结构弯曲应变能达到最小，以此来得到优化的目的。
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Md2
, M d1
可行域,
与N
有关
y
M d1 M d2 M d N y
M d 最小可行域宽,分区确定N y
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合理成桥状态“目标”：
a. 索力分布合理 匀称—变化均匀
b. 主梁弯矩——“可行域”—居中或偏向 c. 主塔弯矩——预偏（活载因素） d. 边墩、辅助墩反力
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0 -20000 -40000 -60000
0
可行域上限
可行域下限
计入预应力后的恒载弯矩
75
150
225
300
375
450
主梁位置（m）
图2-13 调整前的主梁成桥恒载弯矩分析图
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调整后的主梁成桥恒载弯矩图
弯矩数值（kN.m）
60000 40000 20000
0 -20000 -40000 -60000
450
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预加力数值（kN） 0 75 150 225 300 375 450
主梁预加力图
120000 90000 60000 30000 0
-30000
合理预加力
实际布置的有效预加力
图2-12
主梁位置（m）
主梁预加力图
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调整前的主梁成桥恒载弯矩分析图
弯矩数值（kN.m）
60000 40000 20000
0
可行域上限
可行域下限
调后成桥恒载弯矩
75
图2-14
150
225
300
主梁位置（m）
调整后的主梁成桥恒载弯矩图
375
450
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索力数值（kN） 0 S5 S10 S15 S20 B14 B9 B4 A1 A6 A11 A16
成桥索力图
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
a. 先假定一组（安装）张拉索力 b. 按正装计算成桥 c. 找出成桥状态差别 d. 调整张拉索力
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正装迭代法框图
假定张拉索力
正装计算获得成桥状态， 并且获得索力影响矩阵
调后索力 期望索力
索的编号
图2-15 成桥索力图
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本章主要成果：
a. 提出了主梁合理预加力和 主梁成桥恒载弯矩“可行域”概
念
b. 提出了分步算法——优化成桥受力状态 在多座实桥上应用，证明：
可操作性强（思路清晰） 方案有可选性（权重）
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三、 确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法 基本思路：
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成桥状态调整
AT RT — 成Fra bibliotek索力调整量（调整张拉力增量） R — 成桥状态控制目标所需调整量
A — 影响矩阵 矛盾方程组，求广义解:最小二乘法
Q || AT R||2 Min AT AT AT R 上式A列满秩 , 有唯一解
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加权最小二乘解
AT R
— 对角矩阵，正定，其大小考虑： 量纲 受控程度
逐个梁段施工，向前推进，体系不断变化
一、 引 论
1)
2)
3)
4)
一个标准梁段 工序（悬浇）
1.空挂篮立 模定位； 2.第一次张拉 斜拉索；
3.浇1/2混凝土； 4.第二次张拉斜 拉索； 5.混凝土浇完； 6.混凝土待强， 张拉预应力； 7.第三次张拉 斜拉索
中挂点 (C形钩)
一、 引 论
如何确定控制张拉索力、立模标高 成桥后满足合理成桥状态要求
目次
一、 引论 二、 确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法
三、 确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法
一、 引 论
第一章 引 论 1.1 问题的提出
斜拉桥的 受力特点：
a.组合体系； b.索力可调； c.梁塔内力、应力 受索力影响很大；
合理成桥受力状态问题
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斜拉桥的施工特点
悬臂法施工：悬浇、悬拼
初拟结构尺寸 用最小弯曲能量法 初定成桥状态
索力调匀
计算主梁活载应力包络图 主梁合理预加力计算， 并配置预应力
主梁成桥恒载弯矩可行域
主梁弯矩调整
成桥状态检验
设计满足要求吗？ 是 结束
否 设计修改
图 2-2 合理成桥状态确定框图
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该方法也可用于设计检验 :
a. 主梁预应力 b. 主梁恒载弯矩 c. 不合理时可调整
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主梁的成桥恒载
200
563
受力状态：
90.4
控制因素：
112
上下缘应力控制
180
420
（正常使用极限状态）:
a l
成桥恒载应力取决于：（Nd+Ny），Md
后 期 收 缩 徐 变 应 力
活载应力
n , m
388
1.5%
365 2350/2
420/2
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20
180
20
上下缘应力控制条件（拉、压应力控制）
合理施工状态确定问题
一、 引 论
1.2 研究现状 合理成桥状态的确定
（1）刚性支承连续梁法；（2）零位移法 （3）内力平衡法；（4）指定应力法 （5）最小弯曲能量法；（6）最小弯矩法 （7）用索量最小法；（8）影响矩阵法等
这些方法在应用中难以全面考虑斜拉桥受力的要求
合理成桥状态的确定 ——分步算法
Ny A
l
sm Ws M dl2
Md
Nd
Ny A
l
xm
Wx
M dl1
Md
Nd
Ny A
a
xn
Wx
M da2
（2-5） （2-6） （2-7）
Md
Nd
Ny A
a
sn
Ws
M da1
（2-8）
得到主梁恒载弯矩可行域：
M d2 M d M d1 （2-9）
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一、 引 论
施工状态确定
a. 倒拆法 b. 正装、倒拆迭代法 c. 无应力状态法 不同程度地存在不闭合问题
合理施工状态的确定 ——正装迭代法
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二、 确定斜拉桥合理成桥状态的分步算法
基本思路：
a. 由应力要求确定主梁“合理预加力” b. 主梁恒载弯矩“可行域” c. 建立调索优化模型（综合考虑梁、塔、索、墩受力的要求） d.求解优化问题→合理成桥状态
sl
Nd
Ny A
Md Ws
sm
[ l ]
xl
Nd
Ny A
Md Wx
xm
[l ]
xa
Nd
Ny A
Md Wx
xn [ a ]
（2-1） （2-2） （2-3）
sa
Nd
Ny A
Md Ws
sn
[ a ]
（2-4）
得到主梁恒载弯矩条件：
Md
Nd
||AT R||2 Min AT 2AT AT 2R
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岳阳洞庭湖大桥算例：
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初定成桥状态索力图
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初定成桥状态主梁弯矩图
弯矩数值（kN.m）
9000 6000 3000
0 -3000 -6000
0
调后弯矩
计算弯矩和期望弯矩
150
300
主梁位置x（m）
图2-6 初定成桥状态主梁弯矩图