斜拉桥索力优化
支架现浇斜拉桥索力优化及施工阶段索力确定的开题报告
支架现浇斜拉桥索力优化及施工阶段索力确定的开题报告
一、研究背景和意义
现浇斜拉桥是桥梁工程中常见的结构形式之一，在桥梁建设、交通运输等方面起着重要作用。
在斜拉桥的设计和施工中，支架作为施工要素之一，需要确定合理的索力，以保证斜拉桥的安全性和可靠性。
目前，支架的索力确定和优化方面仍存在一定问题，主要表现在以下几个方面：
1.支架索力确定仍存在模糊性和不确定性；
2.支架索力优化方法有限，无法满足复杂结构的要求；
3.施工阶段支架索力难以准确测量。
因此，本研究旨在探索支架现浇斜拉桥索力优化及施工阶段索力确定的方法，为现浇斜拉桥的设计和施工提供理论依据。
二、研究内容和方法
本研究将从支架索力优化和施工阶段索力确定两个方面入手，具体内容如下：
1.支架索力优化
通过分析现有支架索力优化方法，探索新的支架索力优化方法，并进行比较和分析。
具体方法包括：有限元分析法、遗传算法、神经网络等。
比较分析各个方法的适用性和精度，并以一个实际现浇斜拉桥为例进行验证和优化。
2.施工阶段索力确定
通过实测和数值模拟，确定施工过程中支架的索力变化规律，建立支架索力与桥面荷载、支架初始参数之间的关系模型。
并以一座正在施工中的现浇斜拉桥为例，验证模型的准确性和可靠性。
三、预期成果和应用价值
通过本研究，预期可以得到以下成果：
1.开发出适用于不同类型现浇斜拉桥的支架索力优化方法，提高支架索力的精度和可靠性；
2.建立支架索力与桥面荷载、支架初始参数之间的关系模型，为施工阶段支架索力的准确测量提供理论支持；
3.推广应用本研究成果，可以提高现浇斜拉桥的设计和施工效率，将为工程安全和经济效益做出贡献。
独塔单索面斜拉桥索力优化研究的开题报告
独塔单索面斜拉桥索力优化研究的开题报告摘要：本文主要研究独塔单索面斜拉桥的索力优化问题，分析了斜拉桥的结构特点，确定了影响索力大小的关键因素，并建立了索力优化模型。
在此基础上，运用Matlab软件进行数据处理和计算，并利用灵敏度分析法对模型进行了验证和优化。
最后，通过对独塔单索面斜拉桥的索力进行优化，得出了合理的索力大小。
关键词：独塔单索面斜拉桥；索力优化；灵敏度分析一、研究背景与意义独塔单索面斜拉桥是一种常见的大跨度桥梁结构，具有结构简单、经济实用、美观等特点，广泛应用于高速公路、城市道路等建设项目中。
在斜拉桥的设计和施工中，索力是一个极其关键的问题，索力大小的合理确定不仅影响桥梁的安全性能，还直接决定了斜拉桥的经济效益和使用寿命。
因此，本文旨在通过对独塔单索面斜拉桥的索力进行优化，研究索力大小对桥梁结构的影响，提高斜拉桥的安全性能和经济效益。
二、研究内容与方法本文主要研究独塔单索面斜拉桥的索力优化问题，具体内容包括：1. 独塔单索面斜拉桥的结构特点和索力大小的影响因素分析。
2. 建立索力优化模型，确定最优索力大小。
3. 运用Matlab软件进行数据处理和计算，并利用灵敏度分析法对模型进行验证和优化。
4. 对独塔单索面斜拉桥的索力进行优化，得出合理的索力大小。
研究方法：理论分析、数学建模、计算机仿真等。
三、论文结构本文的组织结构如下：第一章：引言主要介绍研究背景和意义、研究内容和方法。
第二章：独塔单索面斜拉桥的结构特点和索力大小的影响因素分析主要分析斜拉桥的结构特点和索力大小的影响因素，并对斜拉桥的索力优化问题做出分析和探讨。
第三章：独塔单索面斜拉桥的索力优化模型建立主要建立斜拉桥的索力优化模型，包括目标函数和约束条件的确定，并介绍模型的求解方法。
第四章：独塔单索面斜拉桥索力优化模型的计算和结果分析主要介绍运用Matlab软件进行数据处理和计算的方法，利用灵敏度分析法对模型进行了验证和优化，并得出了合理的索力大小。
斜拉桥的索力优化
斜拉桥的索力优化斜拉桥索力优化简介一、斜拉桥得概况斜拉桥又称斜张桥,其上部结构由主梁、拉索与索塔三种构件组成。
它就是一种桥面系以加劲梁受弯或受压为主,支承体系以斜拉索受拉与主塔受压为主得桥梁。
斜拉索作为主梁与索塔得联系构件,将主梁荷载通过拉索得拉力传递到索塔上,同时还可以通过拉索得张拉对主梁施加体外预应力,拉索与主梁得结点可以视为主梁跨度内得若干弹性支承点,从而使主梁弯矩明显减小,主梁尺寸以及主梁重量也相应减小,大大改善了主梁得受力性能,显著提高了桥梁得跨越能力。
根据主梁所用建筑材料得不同,可将现代斜拉桥分为钢斜拉桥、混凝土斜拉桥、结合梁斜拉桥以及混合式斜拉桥等。
早期斜拉桥得主梁均为钢结构,其形式主要为双箱或单箱配以正交异性板。
随着技术进步,19世纪中期出现了第一座现代意义得混凝土斜拉桥,从此,混凝土斜拉桥进入了人们得视野。
混凝土斜拉桥得主梁与索塔一般由混凝土材料构成,为了提高主梁与索塔得适用性能,主梁可以优先采用预应力混凝土主梁,索塔可以釆用钢结构劲性骨架加强或环向预应力结构。
在密索体系混凝土斜拉桥中,拉索受拉,主塔与主梁以受压为主,可以充分利用钢丝或钢绞线优异得受拉能力与混凝土良好得受压能力,同时,斜拉索水平分力对主梁形成预压作用,提高了主梁得抗裂能力。
从设计方面瞧,既要考虑结构总体布置、结构体系选择得合理性,又要考虑釆用何种方法寻求成桥索力得最优解,还要考虑施工得便捷性、经济效益、社会效益以及美学功能等多种因素;从施工方面讲,既要确定合理得施工流程,设法寻求合理得施工初拉力,还要做好施工过程中施工参数得动态控制与调整等方面工作。
另外,在整个过程中,还要考虑设计参数变化、温度、徐变、几何与材料非线性以及施工方法等因素对设计与施工得影响。
二、斜拉桥索力优化方法斜拉桥就是高次超静定结构,其主梁、主塔受力对索力大小很敏感,而基于斜拉索索力可以调节得特点,我们可通过对拉索索力得调整来优化斜拉桥成桥恒载状态。
千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化
千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化我国桥梁建设历经十多年的快速发展，取得了世人瞩目的成就，正在由桥梁大国迈向桥梁强国，面对桥梁建设新的使命和机遇，自主创新和实施超越成为突出主题。
时下斜拉桥可谓最为流行，故而面临的挑战与机遇也就更多。
斜拉桥是主梁通过斜拉索支承在索塔上的现代桥型，其跨越能力强、结构刚度大、经济性好、适应性广。
上世纪50年代，这种桥型首先在西方国家出现。
70年代中期才传人我国。
斜拉桥跨径的不断突破始终是其发展的主题，也是工程技术难度的集中体现。
到2O世纪末，世界上最大跨径斜拉桥为主跨890米的日本多多罗大桥，我国最大跨径斜拉桥为主跨628米的南京长江二桥。
随着交通建设适应经济快速发展的需要，国内外跨越江河海湾、连接岛屿及大陆的长大桥梁陆续修建，而复杂恶劣的建设条件和较高的通航标准对斜拉桥突破千米跨径提出了迫切需求。
在此且只详细论述千米级斜拉桥空间非线性两阶段索力优化。
由于斜拉桥结构的受力特点,跨度大于500 m的斜拉桥通常采用钢主梁形式。
目前世界上已建成的斜拉桥主跨跨度排名前3 位的日本多多罗大桥(主跨890 m) 、法国诺曼底大桥(主跨856 m) 、中国南京长江二桥(主跨628 m) 的主梁结构均采用钢箱梁形式。
中国正在规划修建的苏通长江公路大桥(主跨1 088 m) ,其主梁结构亦采用封闭式流线型扁平钢箱梁,全焊连接。
对于超过千米的斜拉桥,目前还没有成功经验可以借鉴,随着斜拉桥跨度的增加,其结构刚度急剧下降,可能会出现一系列新的特殊力学问题,其中,超长跨度的斜拉桥在施工状态和成桥状态下的索力优化就是一个十分关键的问题。
倒拆法和正装迭代法是确定斜拉桥在施工状态下的合理索力的两种主要方法。
倒拆法在拆除合龙段时,常有不平衡杆端力的影响;由于结构的非线性效应,当施工步骤比较复杂时,几乎难以求得较为精确的解。
正装迭代法采用大循环的顺装分析来确定桥梁的合理施工线形 ,该方法克服了倒拆法的弊端,但由于没有对施工中的一些不利因素(如应力、变形) 进行约束,当设计变量较多或假定的初始值不合理时,会出现迭代不收敛的现象。
基于APDL参数化语言的斜拉桥的索力优化
果表 明该方法 简单、 有效。 关键词 ： ＮＳ ； Ａ ＹＳ斜拉桥 ； 索力优化
斜拉桥的索力优化
（、 １ 武汉绕城 高速公路 管理 处， 湖北 武汉 ４ ０ １ ２ 烟 台科信房地产开发 有限公 司， ３４ ５ 、 山东 烟 台 ２ ４０ ） ６ ０ ０
要： 化设计及结合其编程语言 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ对一座独塔单索面部 分斜拉桥 进行 了索力优化设计 ， 计算结
33优化结果及分析斜拉索总索力的大小反映拉索所需截面的大小间接反映了索的用量从表可看出在优化模式优化后总的恒载索力增大约850拉索的用量增加并不会很大说明以主梁弯曲应变能最小为目标函数的索力优化可以在基本不增加索用量的情况下改善主梁的受力
科
市政 与路 桥 ｆ ｉＩ ｌ
基于 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ参数化
斜拉桥成桥恒载内力 的分布及其Ｘ４ 是衡 面来拟和解空问，然后对该函 ＇ 量设计优劣的重要标志之』 。 斜拉桥设计自由度 数对陂值，这是—种普适的优 很大 ， 可以通过调整索力来改变结构的受力状态 ， 化方法， 不容易陷入局部极值 优化结构的受力。因此 ， 一旦斜拉桥结构体系确 点， 但优化精度不是很高 ， 因此 定， 总能找出一组索力 ， 它能使结构在确定性荷载 多用来做粗略优化的手段。 一 阶方法是将真实的有限元结果 图 １某独塔单 索面部分斜拉桥全桥布置图 作用下， 某种反映受力性能的指标达到最优。 这组 Ｃ ＡＲ 索力对应的成桥状态就是该 目 标下的成桥合理状 最小化， 而不是对逼近数值进行操作 ， 但容易陷入 ， ＬＥ 态， 求解这组最优索力 ， 并加以实施 ， 也就实现了 局部寻优， ＦＬ ＭＥ Ｑ ａ ！文件名 因此更力适合于精确的优化分析。 日 除此 ／ＩＮＡ ， ｉｏ 第二步， 定义参数化设计变量 Ｄ Ｖ 斜拉桥的恒载受力优化， 因此， 斜拉桥恒载状态的 之外 ， 用户还可以通过调用 Ｕ Ｅ Ｏ 子程序来执 ＳＲ Ｐ Ｌ ： ＯＤ １３ Ｏ 优化也就转化为斜拉桥索力优化问题。 行 自己开发的优化方法和工具。 Ｌ＝ ０ ０ １ ２３ ０ 以各索的初始索力为设计变量， 给定一 １索力优化的常用方法 ３应 用实例 目 前索力优化的常用方法可归结为三类 ： 指 ３１桥梁概况 ． 大于 ０的初值 定受力状态的索力优化，无约束的索力优化和有 研究对象为一独塔单索面部分斜拉桥， 跨径 第三步 ， 进入前处理器 ， 利用参数化创建有 约束的索力优化日 。 布置为 ３ ｍ ８ ｍ ８ ｍ ４ ３ ｍ 其 中主桥为 ８ ｍ ２ ＋０ ＋０ ＋Ｘ ２ ， ０＋ 略） 指定受力状态优化方法的代表是 刚性支承 ８ ｍ 桥面总宽为 ２ｍ， ０。 ７ 按双向四车道布置， 全桥布 限元模型（ 第四步， 进入求解器 ， 施加荷载 ， 执行参数化 连续梁法和零位移法。 置如图 １ 所示。主塔为 ２ ｘ ５ Ｉ 形实心钢筋混 ｍ３ｎ Ｈ 略） 索力无约束优化法的典型例子是弯 曲能量 凝土截面， 桥面以上高 ３ ２ｍ 斜拉索为竖琴式单 的分析求解（ ￣５ ， 第五步 ， 进入后处理器 ， 后处理并创建状态 最小 弯矩最小法 排索单索面 ， 位于中央分隔带上 ， 塔上索距 １ ４ ．～ ５ Ｖ与目 标变量 Ｏ ｊｃｖ（ ｂ ｔｅ ｅ ｉ 略） 索力的有约束优化的典型例子有： 用索量最 １ ７ 梁上索距 ４ ｍ， ５ ｍ， ． 采用 １６ Ｐ 环 氧全涂 变量 ｓ ０ ８０Ｍ ａ 小法 最大偏差最小法目 、 。 刚绞 线 ，共 ２ 根 ，１ ｓ 、ｌ ｓ＇ 为 ５ Ｏ ｓ ＿５Ｓ＇ ｓ － ￣束 － ５根 其中， 四步中， 第 用降温法来模拟索力 ：＝ Ｎ ￣ ｘ Ｔ 式中 ０ Ｅ ． ／ 为拉索材料的热膨胀系数 ， 为 Ｅ 根据斜拉桥的受力托 ， 选用以弯曲能量最 ￣１． ，６ Ｓ ０Ｓ １ 束为 ４ ５ ４￥ － １、 Ｓ 晦 ２ ３根 ‘１． ， Ｐ ５ ４ 斜 ｏ Ａ Ａ ， Ｊ２ Ａ △ 为降低温度。 第五步 小为优化 目 ， 标 利用大型有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 拉索在塔顶连续通过索鞍， ＮＹ 两侧对称锚固于梁体 弹 漠量， 为拉索面积， Ｔ 标函数的提取借助于参数化语言 Ａ Ｄ 进 ＰＬ 的优化设ｉ及结合其编程语言 Ａ Ｄ 来实现。 ｔ ＰＬ 上。 主梁采用单箱三窒大悬臂截面， 中支点处梁高 中，目 ２优化设计基本要素 ３ ｍ 边支点处梁高 ２ ｍ 梁高按二次抛物线变 行数值积分来实现 ， ． ， ８ ． ， ４ 其中数值积分采用采用复化 计算公式为： ２ 在 Ａ ＳＳ ． １ Ｎ Ｙ 的优化模块中， ３ 有 大变量 ： 化。箱梁顶宽 ２ ｍ 翼板悬臂长 ４ ｍ 箱梁底宽 辛普生公式 ， ７， ． ， ５ 设计变量 、 状态变量 、 目标 函数， 它们统称为优化 １． ～ ７ ｍ， ６ ４ １． 中室净宽 １ ｍ， ２ ０ ． 斜拉索锚固在 中室。 ８ 桥面铺装层为 ｌｃ Ｏ ｍ厚的 Ｃ ０ ４ 防水混凝土。其中 变量。 设计变量 为设计过程中需要不断调整赋值 主梁、 桥塔材料为 Ｃ ０ 弹性模量为 ３ ｅ０ ａ ５， ． ｌＰ ， ５ 斜拉 式 中： －＿ ＿ 为计算时所取的步长 ｈ ｂ ａ － － 同 样主梁 的参数， 是设计的自变量， 优化结果的取得就是通 索标准强度为 １６ Ｐ ， ８０Ｍ ａ 公称直径 １． ｍ ， ５ ４ ｍ 计 ２ 过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量 算 弹性模量 １ ５ ｌＰ ， ９ ｅ １ ａ主梁预应力刚绞线 ， 准 的最大位移、 标 最大应力 ， 都利用参数化语言 Ａ Ｄ ＰＬ 都有上下限， 用于规定设汁变量的 取值范围。在 强度为 １６ ａ公称直径 １． ｍｍ， ８ ０ＭＰ ， ５４ ２ 弹性模量 来求出。 斜拉桥的索力优化中，采用斜拉索索力为设计变 １ ５ｌ Ｐ ， ９ ｅ １ａ 张拉控制应力为 １９ Ｍ ａ ３ ５ Ｐ（ １ ． ￣图 １ 。 ３ ２创建优化 ． ２ 控制文件 ＱａＯ ｔ ａ ｉ ｐ ｎｃ ｏ ａ 量。 ３ ２索力优化分析过程。 ． ａ 设计变量。 本桥索 第一步， 执行第一次参数化分析 状态变量是设计要求满足的约束条件变量 力优化计算 中， 设计变量取为每根拉索的初始索 Ｆ ＮＩ Ｈ ｌ Ｓ 参数 ， 用来体现优化的边界条件 ， 它们相 当于“ 因 力 Ｌ共有 ２ 个设讨，量。叫犬 ， ０ Ｉ 变 态变量。由于斜拉 ｆ Ｐ Ｚ Ｑａ． ｃ ｌ Ｕ Ｎ ｉ － ｏ ｍａ 变量”是设计变量的函数。用来体现结构设计应 ， 平位移能直观反映全桥 第二步， 执行优化分析过程 该满足功能上或性能上 的要求 以及其他一些要 的设计是否合理， 为使成桥线型达到理想状态 ， 一 幻 求。状态变量可有上下限， 或只有单方面的限制。 般限定结构的部分位移。 在优化 － 过程中， 状态 Ｏ Ａ Ｌ Ｑａ－ ｅ ＰＮ ｉ ． ． ｏ ｍａ ！ 指定分析文件 在本问题中， 可以取主粱、 主塔控制截面的应力或 变量取主梁的最大位移 ＤＭＡ Ｘ和主梁最大应力 名 索力均匀性约束、 边墩和辅助墩支座反力约束等 Ｓ Ｘ ａ 标函 。 ＭＡ 。 目 数 优化分析中采用二种不同的 第三步 ， 声明优化变量 作为状态变量。 目 标函数对拉索的张拉力进行优化， 然后比较几 Ｏ Ｖ Ｒ ，Ｖ ， ０ Ｐ Ａ 工１ ， ０ ０ Ｄ ０ ８ １ 指定索力为设计 目 标函数就是设计中极小化的变量参数 ， 它 组索力， 从中选出最理想的索力。 各个 目 标函数的 变量 必须是设计变量的函数，即改变设计变量的数值 具体构成如下 ： 优化模式①以主梁弯曲应变能最 将改变目 函数的数值 ， 标 而且在每次优化过程中 ， 小作为 函数； 优化模式②以主梁及主塔弯曲 ＯＰ ＶＡＲ， ＤＭＡ Ｓ Ｘ，Ｖ－ ！ 主梁最大位移为 只能设定一个 目 标函数。目 函 标 数的选取对于优 应变能最小作为目 标函数 ； 弯曲应变能为 （ ） ｏ 状态变量 化结果的优劣是至关重要的。 在本问题中， 取 ∑ ｆ 可以 ＶＡＲ ＭＡＸ，Ｖ Ｓ Ｓ ！ 主梁最大应力为 。 ｄ， ｓ 其中ｎ 主 为 梁和主 弯曲 能 ０Ｐ 塔 应变
(完整版)斜拉桥施工索力张拉控制及优化
斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。
因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。
这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。
目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。
斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。
张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。
斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。
施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。
施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。
索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。
索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。
可分阶段地进行张拉、调索。
在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。
当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。
并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。
斜拉桥索力优化
斜拉桥索力优化斜拉桥索力优化斜拉桥成桥内力分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一，理想的成桥状态当属塔、梁在恒载作用下无弯矩或只有局部有弯矩，这种状态既可以减少收缩徐变影响、方便设计，又可以充分发挥各种材料的性能。
由于受到设计、施工中各种条件的限制，要求每座桥都满足零弯矩状态是不可能也不现实的，但无论怎样的斜拉桥，总能找到一组斜拉索力，它能使结构体系在恒载作用下，某种反应受力性能或用材指标的目标达到最优，求解这组索力就是斜拉桥成桥的索力优化问题。
1 斜拉桥索力优化实用方法目前资料中可查到的索力优化方法可归结为：指定受力状态的索力优化；无约束的索力优化和有约束的索力优化三大类。
1.1 指定受力状态的索力优化刚性支撑连续梁法是指成桥时斜拉桥主梁的恒载弯曲内力和刚性支撑连续梁的内力一致。
因此，可较容易的用连续梁支撑反力来确定斜拉桥索力。
零位移法是通过索力调整使成桥状态结构在恒载作用下，索梁交点位移为零。
对于满足支架上一次落架的斜拉桥体系，其结果和刚性支撑连续梁几乎一致（当轴向刚度→∞时）这两种方法用以确定主边跨对称的斜拉桥索力是有效的，但对于主、边跨不对称时，必将在塔中引起很大的不合理弯曲内力，失去了索力优化的意义。
1.2 索力无约束优化弯曲能量最小法是用结构的的弯曲余能作为目标函数。
弯矩最小法是以弯矩平方和作为目标函数。
这两种方法不能计入预应力索力影响，且只适用于恒载索力优化，计算时要改变结构的计算模式，比较麻烦。
1.3 有约束的索力优化用索量最小法是以斜拉桥索的用量(张拉力乘索长)作为目标函数，用关心截面内力、位移期望值范围作为约束条件。
运用这种方法，必须确定合理的约束方程，否则容易引出错误结果。
最大偏差最小法将可行域中的参量与期望值的偏差作为目标函数，使最大偏差达到最小。
这是一个隐约束优化问题，最后可变化为一个线性规划问题，这种方法既适用于成桥索力优化，也适用于施工中的索力调整优化。
1衡量斜拉桥受力性能的好坏一般并不能用单一的目标函数来表示，因此，才出现了以上各种索力优化法，他们都具有局限性。
浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化
浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化摘要：本文作者结合自己多年的实际工作经验，结合某桥主桥工程实例，介绍了无背索斜拉桥主塔混凝土浇筑及斜拉索张拉方案的一种优化方法，并就相关问题提出了自己的看法和意见，仅供参考。
关键词：桥梁；斜拉桥；索力；优化Abstract: in this paper the author, based on his years of practical experience, the combined with a main bridge engineering examples, this paper describes the main tower is cable stayed back concrete pouring and stay-cables zhang pulled a scheme optimization method, and the related problems with it views and opinions, is only for reference.Keywords: bridge; Cable-stayed bridge; Cable force; optimization斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
常规的斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，恒载作用下塔两侧斜拉索水平力可保持平衡，主塔仅在活载及附加荷载作用下承受一定的水平力及矩弯，而与常规斜拉桥不同，无背索斜拉桥仅有单侧索，桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力的作用下的悬索梁。
无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。
为了确保主塔处于良好的受力状态，无背索斜拉桥的塔身一般都设计成倾斜的，依靠塔身的自身重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，因此组成了梁塔结构的平衡体系。
斜拉桥索力优化方法综述
斜拉桥索力优化方法综述摘要：本文首先介绍斜拉桥索力优化的概念。
然后将斜拉桥索力优化基本方法按有约束和无约束两种范畴进行分类。
进而从数学、力学及工程应用角度分阐述斜拉桥索力优化方法的基本原理。
最后经过综合分析，找出各种索力优化基本方法之间的联系，为斜拉桥在具体数值分析及建造过程中提供指导和借鉴。
关键词：斜拉桥索力优化影响矩阵1 引言斜拉桥成桥状态恒载内力分布的好坏是衡量设计优劣的重要标准之一。
理想的成桥状态当属塔、梁在恒、活载作用下弯曲应力小且均匀的受力状态。
无论怎样的斜拉桥结构体系，总能找出一组斜拉索力，它能使结构在确定性荷载作用下，某种反映结构受力性能的目标达到最优。
求解这组最优索力，就是斜拉桥的索力优化。
2索力优化基本方法及原理斜拉桥是高次超静定结构，斜拉索索力具有可调性，故斜拉桥的设计中存在一个通过优化成桥索力来优化成桥内力的合理成桥受力状态确定问题，即选择一组最优的索力是斜拉桥设计的关键。
在给定目标下，已有的寻求最优索力状态分析方法归结起来可分为两大类：无约束索力优化法和有约束索力优化法。
2.1无约束索力优化法无约束索力优化法是设定某一目标，寻求一组索力来满足已设定的目标，此法仅关心反映受力性能的目标达到最优，而不关心索力的大小及分布。
无约束索力优化法主要包括：简支梁法、刚性支承连续梁法、零位移法、内力（或应力）平衡法、弯曲能量最小法及弯矩最小法。
（1）简支梁法简支梁法是选择一组合适的斜拉索初始张拉力，使主梁结构的恒载内力与主梁以斜拉索的锚固点为简支支承的简支梁内力一致。
这种方法简单易算，但与实际情况相差太远，一般不宜采用。
（2）刚性支承连续梁法刚性支承连续梁法以斜拉桥主梁在恒载作用下的弯曲内力呈刚性支承连续梁状态为优化目标，将主梁、索梁交点处模拟刚性支承进行结构分析，计算出各刚性支点反力，利用斜拉索索力的竖向分力与刚性支点反力相等的条件来确定最优索力。
（3）零位移法零位移法是以结构在恒载作用下主梁和斜拉索交点的节点位移为零作为优化目标。
斜拉桥索力优化实用方法
斜拉桥索力优化实用方法摘要：合理确定成桥索力是斜拉桥设计中一项十分重要的工作。
而目前设计实践中别此存在不同认识对现有斜拉桥索力优化理论进行评述，认为索力优化的影响矩阵法在理论上最为完善为便于在设计实践中推广，基于索力优化的影响矩阵法原理，提出一种斜拉桥戚桥索力优化的实用方法，并从理论上加以证明，实践上得到检验实用方法可以方便地进行斜拉桥成桥索力优化，并能实现多种优化方案比选，尤其适用于初步设计阶段。
关键词：斜拉桥；索力优化；影响矩阵法引言：斜拉桥的结构体系一旦确定，其成桥受力状态主要由斜拉索的索力决定，可通过调整索力来改善结构的受力状态，这样采用优化计算方法，总能找到一组索力，在确定性荷载作用下，使反映某种受力性能的结构体系指标达到最优，对应的成桥状态就是对应目标下的合理成桥状态。
通过斜拉桥索力优化来获得成桥阶段合理内力和线形是斜拉桥结构分析计算的重要一步。
一、索力优化理论及评述国内外许多学者对斜拉桥索力优化问题进行了较多研究，归结起来可分为4大类：1、指定受力或位移状态的索力优化。
如刚性支承连续梁法和零位移法当主梁具有纵坡时，刚性支承连续梁法的计算结果不能使主梁弯矩真正达到刚性支承连续梁的相应值。
由于在主塔附近的一段距离内一般不布置斜拉索，按刚性支撑连续梁法确定索力使得靠近主塔的第一对索力很大，而第二对索力很小，甚至出现负值对于在满堂支架上一次现浇并张拉斜拉索的斜拉桥，零位移法与刚性支承连续梁法几乎一致，也会遇到相似的问题对于悬拼或悬浇结构，零位移法是没有意义的因为施工时粱的位移包括了刚体位移和粱体变形2个部分，前者可咀通过拼装方式进行调整，只有后者才与结构受力直接联系。
2、无约束的索力优化，如弯矩平方和最小法和弯曲能量最小法与弯矩平方和最小法相比，弯曲能量最小法可以反映抗弯刚度对弯矩的权效应。
3、有约束的索力优化，如用索量最小法用索量最小法将斜拉桥索的用量(张拉力×索长)作为目标函数，用关心截面内力、位移期望值范围作为约束条件使用这种方法，必须合理确定约束方程，否则容易引出索力明显不合理的结果目标函数仅考虑用索量不尽台理。
斜拉桥索力优化及程序设计的开题报告
斜拉桥索力优化及程序设计的开题报告1.选题背景和意义斜拉桥是一种新颖的桥梁结构，其不仅结构美观而且稳定性好，广泛应用于现代城市交通建设中。
斜拉桥的主要结构由塔、斜拉索及跨径构成，其中斜拉索是支撑桥梁主梁的关键部件，其力学性质直接关系到桥梁的稳定性和承载能力。
因此，对斜拉桥索力优化及程序设计的研究具有重要的理论和实际意义。
2.研究内容和方法本研究主要针对斜拉桥索力优化及程序设计进行深入研究，具体包括以下内容：1）斜拉桥索力优化设计：通过对斜拉桥索力计算公式的分析和研究，建立基于力学原理的斜拉桥索力计算模型，并利用优化算法对其进行优化设计，从而实现斜拉桥索力的最优选择。
2）斜拉桥索力程序设计：结合Matlab编程工具，编写斜拉桥索力计算程序，实现自动化计算和优化设计，为斜拉桥设计提供方便快捷的计算分析工具。
本研究主要采用文献资料法、实验分析法、计算机编程方法等综合研究方法，通过对现有斜拉桥索力计算模型的研究和分析，结合优化算法和程序设计方法，建立斜拉桥索力计算模型和程序，达到斜拉桥索力优化设计和计算自动化的目的。
3.预期目标和阶段性成果本研究的主要目标是建立基于力学原理的斜拉桥索力优化计算模型和程序设计，在实现自动化计算和优化设计的基础上，进一步实现斜拉桥索力的最优选择，提高斜拉桥的承载能力和安全稳定性。
预期阶段性成果包括：斜拉桥结构和基本力学原理的研究，斜拉桥索力计算模型的建立和优化算法研究，斜拉桥索力计算程序设计与编写，斜拉桥索力优化设计案例分析等。
4.研究的创新点和难点本研究最大的创新点在于对斜拉桥索力计算模型的优化设计，通过对原有计算公式和算法的分析和研究，构建基于力学原理的计算模型和优化算法，实现自动化计算和优化设计。
同时，在程序设计方面，采用Matlab等成熟编程工具，结合斜拉桥索力计算模型，实现计算过程的自动化和优化设计，提高了效率和准确度。
本研究的主要难点在于建立完整的斜拉桥索力计算模型和优化算法，保证计算的准确性和优化的理论可靠性。
《斜拉桥索力优化》课件
斜拉桥索力计算的方法
斜拉桥索力计算可以使用力平衡法和有限元分析法。力平衡法通过考虑各个 结构部件之间的力平衡关系，来计算斜拉索的索力。
斜拉桥索力优化的策略
斜拉桥索力优化的策略包括调整斜拉索的位置、长度和直径，以及优化桥面 的初始曲率和材料属性。这些策略旨在最小化斜拉索的索力，提高桥梁的可 靠性和经济性。
斜拉桥索力优化的重要性
斜拉桥索力的优化对于确保桥梁的结构安全、经济性和可持续性发挥着关键 作用。通过优化索力分配，可以降低材料使用量，减轻桥梁结构的自重，并 提高桥梁整体性能。
斜拉桥的结构和原理
斜拉桥由塔、斜拉索和桥面构成。塔是支持桥面和斜拉索的主要结构元素， 而斜拉索则通过传递桥面荷载到塔上。
斜拉桥索力优化实例
通过实际案例，我们将介绍不同类型的斜拉桥索力优化方法。这些案例将展示索力优化对桥梁结构性能的影响， 并说明不同优化策略的有效性。
结论和展望
斜拉桥索力优化是一个复杂且具有挑战性的课题。通过深入研究和不断探索 新的优化策略，我们可以进一步提高斜拉桥的结构安全性和经济性，为城市 的发展！在本节课中，我们将探讨斜拉桥索力优化的重要 性、结构和原理、计算方法、优化策略以及实例。让我们一起来揭开这个令 人着迷的课题吧！
研究背景
斜拉桥作为一种跨度大、自重轻的桥梁结构，在现代城市建设中扮演着重要角色。然而，斜拉桥的设计及优化 仍然是一个具有挑战性的问题。
(完整版)斜拉桥施工索力张拉控制及优化
斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。
因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。
这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。
目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。
斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。
张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。
斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。
施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。
施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。
索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。
索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。
可分阶段地进行张拉、调索。
在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。
当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。
并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。
索力优化
2．2成桥合理索力确定原则嘲由于目前对什么是斜拉桥结构合理状态的理解存在差异，因此在索力优化过程中确定的优化目标的差别也比较大。
可根据<公路斜拉桥设计规范(试行)》(JTJ027．96)第5．1．2．2条规定确定其合理状态。
而对PC斜拉桥而言，恒载索力确定思路大致与其他类型斜拉桥恒载索力的方法类似，区别在于PC斜拉桥必须考虑收缩和徐变效应。
在确定合理的成桥索力，应考虑以下因素：1)主梁各点达到要求的线形标高：2)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(为第二章斜拉桥成桥索力确定13漂浮体系时)和1号索的索力通常用较大的值；尾索由于起锚固作用，其索力通常取值较大，从而索的刚度较大，对活载受力有利。
在所有的索中，不宜有太大或太小索力的索；3)主梁弯矩。
主梁弯矩通常是斜拉桥设计计算中的难点和重点。
在成桥状态下，主梁的恒载弯矩要控制在“可行域一范围内；4)主塔弯矩。
在恒载状态下，主塔弯矩不能太大，并且也要适当考虑活载的影响。
通常，在活载作用下，塔往江侧的弯曲程度比岸侧大，因此，在恒载状态下，塔宜向岸侧有一定的预偏；5)边墩和辅助墩支承反力。
边墩和辅助墩支座反力在恒载下要有足够的压力储备，最好在活载作用下不出现负反力。
但这种受力要求通常由配重或设置拉力支座来满足；6)收缩和徐变效应；乃造价经济。
斜拉桥不仅具有优美的外形，而且具有良好的力学性能，恒载作用下拉索的索力是可以调整的。
斜拉桥可以认为是大跨径的体外预应力结构。
同时它又是高次超静定结构，“牵一索而动全桥"。
目前斜拉桥的索力优化主要有三大类：指定受力状态的索力优化，无约束的索力优化和有约束的索力优化。
1)指定受力状态的索力这类方法主要有刚性支承连续梁法和零位移法。
刚性连续梁法是使用最早的方法之一，它是指成桥时斜拉桥主梁的恒载弯曲内力和刚性支承连续梁的内力大体相近。
斜拉桥的受力分析与优化设计
斜拉桥的受力分析与优化设计斜拉桥作为一种现代桥梁结构形式，以其独特的造型和出色的跨越能力在交通工程中占据着重要的地位。
为了确保斜拉桥的安全性、稳定性和经济性，对其进行准确的受力分析和合理的优化设计至关重要。
一、斜拉桥的结构组成斜拉桥主要由索塔、主梁和斜拉索三大部分组成。
索塔是整个桥梁的支撑结构，承受着来自斜拉索和主梁的巨大竖向和水平荷载。
主梁通常采用钢梁或混凝土梁，负责承担车辆和行人的重量，并将荷载传递给斜拉索和索塔。
斜拉索则是连接索塔和主梁的关键部件，通过受拉来提供支撑力，使主梁能够跨越较大的距离。
二、斜拉桥的受力特点斜拉桥的受力情况较为复杂，其荷载主要包括自重、车辆荷载、风荷载、温度荷载等。
在这些荷载的作用下，斜拉桥的各个部分协同工作，共同承受和传递力。
索塔主要承受压力和弯矩。
由于斜拉索的拉力作用，索塔会产生较大的竖向压力。
同时，风荷载和主梁传递的水平力会使索塔产生弯矩，这就要求索塔具有足够的强度和稳定性来抵抗这些内力。
主梁在承受自重和车辆荷载的同时，还受到斜拉索的竖向分力和水平分力的作用。
竖向分力提供了主梁的支撑力，水平分力则对主梁产生轴向压力或拉力，影响主梁的受力状态。
斜拉索是受拉构件，其拉力的大小和方向取决于索塔和主梁的相对位置以及荷载的分布情况。
在荷载作用下，斜拉索的拉力会发生变化，从而影响整个桥梁的受力平衡。
三、斜拉桥的受力分析方法为了准确分析斜拉桥的受力情况，通常采用有限元分析方法。
这种方法将桥梁结构离散成若干个单元，通过建立数学模型来模拟桥梁在各种荷载作用下的响应。
在有限元分析中，需要确定桥梁的几何形状、材料特性、边界条件等参数。
通过计算，可以得到桥梁各个部分的内力、位移、应力等结果，从而评估桥梁的安全性和可靠性。
此外，还可以采用理论分析方法，如基于力学原理的解析计算。
但这种方法通常适用于简单的桥梁结构，对于复杂的斜拉桥，有限元分析方法更为准确和实用。
四、斜拉桥的优化设计优化设计的目标是在满足桥梁使用功能和安全性的前提下，使桥梁的造价最低、结构性能最优。
混合梁斜拉桥成桥索力优化综合法
混合梁斜拉桥成桥索力优化综合法混合梁斜拉桥是一种结构工程中常见的桥梁形式。
它通过梁和斜拉索的相互作用来承受桥面荷载，具有承载能力强、自重轻、构造稳定等优点。
而在混合梁斜拉桥施工完成后，如何进行索力优化是一个关键问题。
索力优化是指通过调整斜拉索的张力使得桥梁整体受力更加均匀、更加合理，进而提高桥梁的使用寿命和安全性能。
一般情况下，斜拉桥的索力分布是不均匀的，一些索力过大，一些索力过小，这会对桥梁的运行产生不利影响。
因此，采用综合法对梁和索力进行优化调整是非常必要的。
混合梁斜拉桥的索力优化主要包括三个方面：斜拉索张力的合理分配、桥梁的刚度平衡和桥面横向刚度的增加。
首先，斜拉索张力的合理分配是索力优化的首要任务。
斜拉索是桥梁的主要受力构件，它对桥梁的承载能力和稳定性起着决定性作用。
因此，在施工完成后，根据实际情况，对斜拉索的张力进行调整是非常重要的。
一种常见的方法是通过应力监测系统对每个索力进行实时监测，并通过调整钢绞线长度或者改变张拉力的方式来实现张力的均衡分配。
其次，桥梁的刚度平衡也是索力优化的重要问题。
刚度平衡是指桥梁在荷载作用下，各个部位的变形和转动能够协调一致，不会出现局部过度变形的情况。
刚度平衡的好坏直接影响着桥梁的安全性和使用寿命。
为了实现刚度平衡，可以通过调整桥梁的结构形式、增加支座的刚度等方法来实现。
最后，桥面横向刚度的增加也是索力优化的重要手段之一。
在混合梁斜拉桥中，桥面的横向刚度决定了斜拉索的受力情况和桥梁的整体稳定性。
为了增加桥面的横向刚度，可以采用悬臂梁或者加设横向联结构件的方法。
这些方法可以有效地提高桥面的刚度，减小斜拉索的受力差异。
综上所述，混合梁斜拉桥的索力优化综合法是通过合理分配斜拉索的张力、实现桥梁的刚度平衡和增加桥面的横向刚度来提高桥梁的使用寿命和安全性能。
在实际工程中，我们需要根据桥梁的具体情况和要求来选择合适的优化方法，并结合现代技术手段进行实施。
通过科学合理的索力优化，可以使混合梁斜拉桥发挥其优势，为人们的出行提供更加安全、高效的通道。
斜拉桥索力优化与调整
8
一
工程背景（ 工程背景（续）
工作内容
对结构检测数据进行整理分析，识别既有桥梁的结构 参数； 评估当前结构内力，以确定是否对结构内力进行调整； 确定既有桥梁内力调整的合理目标内力状态； 从理论上解决从当前结构的内力状态到调整的目标内 力状态的具体实用调整方法； 解决内力调整施工中的具体问题 ； 对内力调整后的结构状态进一步评估。
0 .2
0 .1
拉索 索号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4
0 .0
-0 .1
-0 .2
-35
影 量 响
-40
拉 索 索 号
-0 .3
16
二
预应力混凝土斜拉桥内力优化调整的 理论基础 （续）
合理目标内力状态的确定
恒载作用下主梁响应的可行域：
SΣ = SG + SQ
预应力混凝土斜拉桥内 力优化与加固
同济大学桥梁工程系
肖汝诚
1
预应力混凝土斜拉桥内力优化与加固
内容简介
一. 二. 三. 四. 五.
工程背景 既有预应力混凝土斜拉桥内力调整的理论基础 内力调整施工方案的实施 观测方法的评价与调索后结构内力状态评估 总结与展望
2
一
工程背景（ 工程背景（续）
预应力混凝土斜拉桥内力调整的现状和工程实例
17
二
预应力混凝土斜拉桥内力优化调整的 理论基础 （续）
合理目标内力状态的确定
恒载作用下主梁响应(正应力)的可行域：
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0
斜拉桥的索力优化策略
浅析斜拉桥的索力优化策略摘要：斜拉桥以其结构新颖和跨越能力大等优势逐渐成为现代桥梁工程建设当中最具有竞争力、发展最为迅速的一种新型桥梁，斜拉桥的索力优化，可以根据不同的研究内容，分成施工索力的优化和成桥索力的优化两种主要形式，成桥索力的计算主要是采用刚性支承的连续梁法、弯曲能量最小法、零位移法来计算成桥索力，本文主要通过对索力优化的方法进行分析，并对成桥索力的计算及优化策略进行了相关阐述。
关键词：斜拉桥；索力优化、策略近几年来，随着社会主义现代化建设的不断进步，我国的现代桥梁工程建设也取得了很大的进步，斜拉桥以其结构新颖和跨越能力大等优势逐渐成为现代桥梁工程建设当中最具有竞争力、发展最为迅速的一种新型桥梁，从设计的角度来进行分析，可以得知成桥恒载内力的分布如何是桥梁结构在长期运营过程中保证其质量的关键部分所在，成桥的状态合理指的就是斜拉桥的索、梁、塔等构件在活载、恒载作用下做能承受的最小的受力状态。
1 关于索力优化的方法分析根据研究对象所处的不同状态又可以将成桥的索力优化分为设计阶段的索力优化以及设计好但是还未参与施工的成桥索力优化和已经参与运营的成桥索力优化几种不同的类型，同样的，施工索力优化又可以分为纠正施工误差的索力优化和为了达到成桥索力的合理性而进行的索力优化。
针对设计阶段的斜拉桥的索力优化，到目前为止，国内外已经有很多学者对此进行了深入的研究，具体可以分为以下几种类型。
1、刚性支承连续梁法。
所谓的刚性支承连续梁法，是被指定的受力状态的优化方法中的重要代表，这种方法主要是将处于斜拉桥恒载作用下的斜拉桥主梁的呈刚性支承连续梁状态作为优化的目标，利用斜拉索力中的竖向分力和刚性支点的相等反力条件来确定最优索力，并且对减小对成桥内力造成的影响具有一定的作用。
2、索力无约束优化法。
索力无约束优化法有内力平衡法和弯曲能量最小法两种主要方式，所谓的弯曲能量最小法指的就是将结构的弯曲能力作为一个目标函数，将结构作为内力平衡法的主要研究对象，并按照内力平衡的原则得到一个较为合理的斜拉索索力。
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调索软件
• ANSYS • 约束最优化问题求解
• 斜拉桥 • 苏通大桥：索力优化设计
• 拱桥扣索索力优化问题 • 白沙沟：混凝土拱圈（悬臂浇筑，斜拉扣挂）
调索软件
1
Y
ELEMENTS
ZX
Ansys （1）Apdl目标索力的搜索 （2）拉索的模拟Link单元 （3）钢箱梁
Y ZX
调索软件
• Ansys • （1）一阶最优化计算方法 • （2）施工索力和主梁预转折角 • （3）钢箱梁
• 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。
成桥索力计算的几个典型方法
• 最小能量法 把斜拉索，主梁，塔墩的抗拉压刚度全部改为无 穷大（差不多高个原来的4个数量级），抗弯刚度 不变。加上自重和二期恒载进行线形计算，得到 的索力就是最小能量法的索力。
• 影响矩阵法实现了对多种目标函数的统一, 克服了 单一目标函数优化的缺点, 可以用较小的计算量得 到较为理想的结果。
拉索的分析（杆单元Ernst折减，悬链线索单元）， P_delta效应，大位移 混凝土时变效应
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”
无应力状态控制法确定施工索力
• 用单位力引起的无应力长度变化量把无应 力长度增量换算为张拉力的增量。
• 若斜拉索的用拔出量来调整，施工过程温 度与临时荷载影响可过滤。
无应力状态控制法确定施工索力
• 1计算设计指定的成桥目标状态各斜拉索的无应力长度； • 2根据斜拉桥的实际施工过程，对结构进行分阶段的正装
• 斜拉桥内力状态可由斜拉索力（支座力）唯一确 定的体系，只要保证其成桥索力与优化索力一致， 则相应内为状态就是成桥状态合理受力状态。
• 如果是一次调索法，应该先确定成桥索力， 再用倒退分析法或迭代前进分析法确定初 张力，当然还要以施工中结构的安全作为 约束条件；
• 如果桥梁合拢后进行调索，则初张力的作 用大为降低，保证施工中结构的安全就可 以了，一般可以取其竖直分力等于对应块 件的重量。
4 3 2 1
3# 2#
1#
11 8 9 10 7 6
5
9# 8# 7# 6#
5#
600cm
4#
10# 11# 12#
270cm
合拢前的索力优化
• 1、目标函数
• 在拱桥施工阶段中，拱圈的最大拉应力往往成为拱圈截面
设计的关键因素。选用了各施工阶段最大拉应力的平方和
为目标函数
f
2 i,max
• 优化后的施工索力必须满足两方面的要求: 一是施 工过程中结构的受力安全, 即要保证施工过程中应 力不超过规范规定; 二是成桥后能满足合理成桥状 态的要求。”
• 成桥状态索力优化结果非唯一性，简单的某种方 法均有一定的局限性，不是任何时候都能取得较 理想的结果。
• 成桥状态（恒载，边界）一次落架的优化结果未 必是合理的结果，有必要考虑施工过程的配合， 应该考虑活载等效应。
• 结构设计流程：成桥索力与施工索力（经验类比 法，分步算法）
以合理成桥状态为目的的施工索力优化
• “初拉力的确定是斜拉桥设计中比较繁复的一项计 算工作, 要通过多次试算、调整才能取得较满意的 成果。希望主梁及索塔在各个受力阶段中能满足 设计要求, 并有较小的弯矩。对拉索索力的均匀性, 一方面是拉索索力在各受力阶段的应力变化幅度 不要过大, 再一方面是对拉索规格的调整, 使规格 减少。”
• 其它数值优化方法：最小二乘法，梯度优化法， 数学规划法
一些技巧
• 1一次落架：将合拢段只计入重量，不计入刚度 • 2将单元的面积调整到10000倍，将辅助墩的刚度
调整到一个小值 • 3将拉索附近梁段重量作为拉索的竖向力分量 • 3切线安装：悬臂单元一次激活，重量分次施加 • 4经验性的索力规律 • 5正装迭代（施工索力调整向量～成桥目标状态差
控制目标与参数
施工索力的张拉范围
牵索式挂篮前支点斜拉索索力范围的确定---李传习.pdf
施工索力的正装迭代法
• 张拉的拉索总次数n • 控制参数m • 索力影响矩阵 • 最小二乘法求解索力 • 通过迭代逼近
• 肖汝诚 • 正装迭代法 • 将ANSYS的一阶分析法引入斜拉桥索力优化问题，
确保施工阶段受力和线形受控，成桥后索力达到 目标状态。 （非线性优化范畴）
力.pdf
• 江安：影响矩阵法（Excel表格）
调索软件
• MIDAS • 影响矩阵法(未知荷载系数),未闭合配合力 • Unknown load factor未知荷载系数法.pdf • 斜拉桥正装分析-未闭合力.pdf
• 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
6 优化前
5
优化后
4
3
2
1
0
2
4
5
7
9 11 13 16 18 21 24
施工阶段
调索软件
• MATLAB优化工具箱 • 数值分析软件
• 有约束的二次规划问题
• 与有限元数据的结合程 度
Midas未知荷载系数法
• 技术资料 • 斜拉桥成桥阶段和正装分析.pdf • 未知荷载系数法.pdf • 斜拉桥正装分析-未闭合力.pdf
/
n,
i
1, 2
n
• 2、设计变量 • 将扣索初始索力和索力调整量转化为等效温度荷载
x Ti i 1,2,m
合拢前的索力优化
• 3状态变量
• 选取扣索在施工过程中的索力为状态变量，以保证扣索索 力有满足施工要求的安全系数，且不能受压。
最大拉应力（MPa）
0 Fij [F j ]
• 算例 • 7.51-成桥未知荷载系数(零位移法).mcb • 7.51-成桥未知荷载系数(最小弯曲能量法).mcb • 7.53-未知索力求吊装钢桁拱_01.mcb • 7.53-未知索力求吊装钢桁拱BB(闭合1).mcb • 7.53-未知索力求吊装钢桁拱BB(闭合2).mcb • 7.54未闭合配合力\成桥分析.mcb • 7.54未闭合配合力\正装分析.mcb
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
桥博软件建议的索力思路
• 索力的主要作用是解决主梁的荷载弯矩 悬臂施工时主梁的重量，成桥的二期铺装，活载
• 调索步骤： • 悬臂施工时拉索主要平衡节段重量，在结构体系合 理且富裕的情况下还可预考虑部分二期铺装，以便 减少成桥索力调整施工工作量 • 成桥后做部分索力调整，解决铺装产生的弯矩 • 配置局部预应力，解决弯矩较大的局部区域应力 • 配置整体施工预应力，解决主梁施工安全性 • 计算应力包络图、成桥应力图 • 根据应力包络图和成桥应力图的特征，适当调整拉 索张拉力，使上下缘在长期状态下和极端条件下应 力分布更为均匀合理 • 观察塔顶位移
斜拉桥索力优化
学习笔记 2009.11
索力优化问题的分类
• 索力是斜拉桥受力的核心因素
• 索力优化问题的分类 • 1设计阶段成桥索力 • 2施工索力（到拆法，正装-到拆法，无应
力状态法，结合影响矩阵的正装迭代法） • 3运营阶段恒载索力
一些话题
• 钢箱梁，PC梁，结合梁 • 对称与不对称，压重，辅助墩，合拢方式 • 索力一次到位，多次到位(索力普调)， • 施工过程应力安全性，主梁线形可控性 • 主梁设计的宽容度（可行，合理，最优） • 非线性因素
ANSYS优化设计
• 合理的设计是指满 足所有给定的约束 条件(设计变量的约 束和状态变量的约 束) 的设计。
• 而最优设计是既满 足所有的约束条件 又能得到最小目标 函数值的设计。Biblioteka min f (x) X En
S.t. gi (x) 0 i 1, 2, , m
g j (x) 0 j 1, 2, , p
• 该方法克服了倒拆法的弊端，在应用中增加少量 取自施工阶段受力状态的控制参数，则更为合理， 能加速综合确定施工工序、斜拉索施工各次张拉 力和预拱度。
设计工作的分步考虑
成桥索力计算思路
成桥索力计算思路
成桥索力计算思路
合理成桥状态
• 设计步骤 • 分步算法
• 成桥目标优化状态 • 目标参数值的调控
100 100
300
8 11 12
22 16
88
33 16
2088
1088 16
33 16
南通
300
100 100
88
22 16
11 12 8
苏州
白沙沟大桥
半跨上部构造
15620/2
5X1420
1
2
3
4
板式橡胶支座
1420/2 5
270
3000
270
25
跨
20
中
30
30
线