吊拉组合加固中斜拉索索力的参数化分析

斜拉索特征参数计算方法比较分析申成岳【摘要】分析计算斜拉索特征参数的等效弹性模量法、多段杆单元法和悬链线索单元法基本原理,通过算例验证不同计算方法的准确性,得出不同计算方法的适用条件,便于工程应用.【期刊名称】《黑龙江交通科技》【年(卷),期】2018(041)001【总页数】2页(P92-93)【关键词】斜拉索;特征参数;等效弹性模量法;多段杆单元法;悬链线索单元法【作者】申成岳【作者单位】河南省交通规划设计研究院股份有限公司,河南郑州 450052【正文语种】中文【中图分类】TU323.41 前言主跨1 104 m的海参崴俄罗斯岛跨海大桥是当前世界最大跨径斜拉桥，主跨1 088 m的苏通长江大桥为国内最大径跨斜拉桥，随着斜拉桥跨度的不断增大，超长斜拉索的使用越来越多。

斜拉索因自重作用而具有一定的垂度，拉索轴线是一条倾斜的曲线。

如果采用一个直杆单元模拟斜拉索，产生的以直代曲问题即是斜拉索垂度效应。

斜拉索垂度效应是斜拉桥几何非线性行为重要来源，其计算方式直接影响斜拉索特征参数计算精度。

斜拉索的特征参数主要包括斜拉索无应力索长、梁端倾角、索端倾角和斜拉索张力等参数。

计算斜拉索特征参数主要有三个目的：(1)确定斜拉索无应力长度和下料长度，使斜拉桥成桥线形满足设计要求；(2)确定梁端倾角、索端倾角和张力，以便施工过程中对套管精确定位，指导斜拉索张拉和索力调整；(3)利用解得的成桥状态索长、索力的精确解对斜拉索杆系单元进行弹性模量修正，进一步对斜拉桥整体静动力模型进行准确分析。

因此，准确计算斜拉索特征参数对斜拉桥设计、施工及索力控制产生具有重要意义。

2 计算方法随着计算机技术的发展，普遍采用有限元软件计算斜拉索特征参数，其主要计算方法可分为3种：(1)等效弹性模量法；(2)多段杆单元法；(3)悬链线索单元法。

需要指出的是，商业软件中只有MIDAS/Civil提供了悬链线索单元，但不能计算很松和很紧的斜拉索。

斜拉桥索力测试方法及原理综述摘要 斜拉索的索力大小直接决定着斜拉桥的工作状态，采用准确的方法进行合理的索力测试是保证斜拉桥顺利施工和安全运营的必要手段。

本文针对目前斜拉桥索力测试中常用的方法及其原理进行了阐述和比较，并指出了各种方法的特点和适用场合。

关键词 斜拉桥 索力 测试 综述Summary of Methods and Theories to Cable ForceMeasurement of Cable —Stayed BridgesAbstract Cable force decides the working state of the cable-stayed bridge directly. Measuring the cable force of the cable-stayed bridge through some exact method is the guarantee to construction and operation. This paper summarises the methods and their theories usually uesed in cable force of cable-stayed bridge measuring. Furthermore, Features and their applying places are pointed out.Keywords cable —stayed bridges cable force measurement summary斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分，斜拉索的工作状态是斜拉桥是否处于正常状态的主要决定因素，所以，能否对斜拉索索力进行精确的测量，在很大程度上决定着斜拉桥施工的成败和正常的运营。

斜拉桥索力测试的方法很多，经过近年来的实践，许多方法已经被淘汰（如“扭力扳手测试法”，误差较大），目前常用的有以下几种：1. 压力表测定法目前，斜拉索均使用液压千斤顶张拉。

高速铁路斜拉桥斜拉索施工工艺及索力控制方法引言高速铁路斜拉桥是指在高速铁路线路上，为了跨越河流、交通要道等特殊地形障碍而设置的一种桥梁结构。

与普通桥梁相比，高速铁路斜拉桥具有跨距大、梁高宽比小、受弯扭组合作用严重等特点。

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一，其施工工艺和索力控制方法对桥梁的稳定性和安全性具有重要影响。

本文针对高速铁路斜拉桥的斜拉索施工工艺及索力控制方法进行了详细的介绍和分析，旨在为相关工程技术人员提供参考和借鉴。

一、斜拉索施工工艺（一）材料准备1.斜拉索材料斜拉索材料应符合设计要求，应经过质量检验合格后方可使用。

在施工前，应对斜拉索进行全面检查，确保其完好无损。

应根据设计要求测量斜拉索的尺寸和长度，并做好编号和记录，以便后续安装使用。

2.索具材料索具材料包括索夹、锚固头、防护套管等，在施工前应按照设计图纸和规范要求进行选材和预制。

应对索具材料进行检查，确保其质量和尺寸符合要求。

（二）索具安装1.预装索夹和锚固头在进行索具安装前，应对桥梁梁身进行清理和处理，保证索具的安装质量。

根据设计要求，进行索夹和锚固头的预装工作，包括定位、安装、固定等。

2.索具调整在安装斜拉索过程中，需要对索具进行调整，确保其张力和位置符合设计要求。

在斜拉索安装后，应根据设计要求进行调整和检查，检测索具的张力和位置，保证其符合要求。

3.索具防护索具在安装后需要进行防护，主要包括防锈处理、防护套管安装等。

在施工过程中，应加强对索具的防护工作，减少其在施工过程中的受损和腐蚀。

（三）索力施加斜拉索的索力施加是斜拉桥施工的关键环节之一，其施加过程需要严格控制，确保斜拉索的张力符合设计要求。

在施加索力前，应对索具进行充分准备工作，包括预装、调整、检查等工作。

在施加索力时，应根据设计要求采用合适的方法和工具，确保斜拉索的张力和位置符合要求。

（四）索力控制斜拉索的索力控制是斜拉桥施工的重要环节，其控制方法应根据设计要求和实际情况进行灵活调整。

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。

斜拉桥的拉索分析第22卷第4期2005年08月文章编号:1005-0523(2005)04-0022-04华东交通大学学报JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.22 No.4Aug.,2005郭圣栋1,陈晔2(1.江西省交通设计院,江西南昌330002;2.长安大学,陕西西安710064)摘要:介绍斜拉索的工作性能、索力测试的四种方法;阐述运用频率测定法测定索力;介绍拉索的温度效应和斜拉桥拉索下料长度的计算方法关键词:斜拉桥;拉索;索力测试;温度效应中图分类号:TB12 文献标识码:A.0前言.作为斜,其索力的大小及分布直接影响全桥的工作状态.,索力与索的拉,并且随索力减小,非线性愈加明显.为了计入斜拉索的这种特性,同时也便于结构分析,通常采用斜拉索的表观弹性模量(即有效弹性模量或修正弹性模量)来描述其弹性性能.一般常用Ernst 公式来计算拉索的表观弹性模量,用抛物线代替实际索形悬链线,将斜拉索模拟成二结点直弦杆,得到了直弦杆的等效弹性模量公式.3E1=E/[1+W2L2xAE/(12T)]1斜拉索的工作性能1.1斜拉索的局部弯曲应力拉索在梁上锚固点可能发生的变位(挠度和转角),和因索力的变化而导致拉索垂度的改变都将产生局部弯曲应力,从而影响拉索的强度,尤其是拉索的疲劳强度.为降低局部弯曲应力,可将拉索的端部设为销接,使截面可自由转动,减小因主梁转动而引起的局部弯曲应力;也可选择适当的结构形式以增加结构的整体刚度来降低拉索的轴向应力变化幅度和局部弯曲应力变化幅度;还可以妥善处理拉索与梁接头处的构造细节,以降低索与梁接头处的交角变化幅度.在安装斜拉索时,要根据恒载索力作用下的倾角将拉索预先沿弦的方向倾斜个角度,以消除拉索的局部弯曲应力.收稿日期:2005-01-13作者简介:郭圣栋(1966-),男,江西吉水人,高级工程师.式中:E1:有效弹性模量,E:不计拉索垂度影响的弹性模量,W:索单位长度的重量,A:索截面的面积,T:索的拉力;,Lx:索水平投影的长度因E1是受索力T的影响,当索力由T1变为T2时,可参照美国土木工程师协会(ASCE)的暂行规定中,采用如下的修正弹性模量:2222E1=E/[1+WLxAE(T1+T2)/(24T1T2)]上式表示的修正弹性模量实际上是一种割线模量.在考虑斜拉索垂度导致的非线性分析中,通常分级施加荷载并逐步迭代修正.由于拉索两端的累加位移与索力增量并不存在对应线性关系,故这种第4期23算法将导致索力与索的拉伸量之间关系的不闭合.这种不闭合,正是导致斜拉桥倒退分析过程中出现结果不闭合或发散的主要原因.经分析得出,斜拉索的垂度仅对基频影响较大,对高阶谐振频率影响很小.斜拉索垂度对主梁内力的影响较大,对索力几乎没影响.这是因为斜拉桥的主梁主要是以斜拉索为支承,不管索的刚度大小,其所承受的拉力都应与主梁荷载平衡,故索力变化微小,而主梁内力变化的原因,则主要是由斜拉索的非线性伸缩变形.广,可对张拉后的索进行测试,是目前索力测试普遍采用的方法.前三种方法一般仅适用于在张拉斜拉索时的索力测定,如果当需要对已施工完毕的斜拉索进行索力复测时,而又没预埋测试的仪器(压力传感器、电磁传感器)时,则只能用频率法进行测试.3率测定法3.1频率测定法的原理频率测定法利用索的脉动进行索力测量,将高2索力的测试方法斜拉桥索力测试的准确与否直接关系到斜拉桥施工控制的顺利实施,因此在施工过程中必须较精确的测定索力.目前,普遍采用的方法有:压力表测定液压法、压力传感器直接测定法、磁通法、拉索频率测定法.1)压力表测定液压法:传感器测定油缸的液压,,拉力,.但由于受到后的索力,并且千斤顶摩阻力也会产生张拉误差.2)压力传感器法:张拉时,千斤顶的张拉力通过连接杆传到拉索锚具,在工具锚杯与千斤顶之间放置传感器测量千斤顶的张拉力,该方法精度较高,操作简单.但传感器一般较重,测试时不方便,并且其价格较高,并且每根索下都要一次性埋设传感器,而且应力传感器在温度和湿度影响下的长期稳定性也是个问题.所以该法只能在特定的场合下使用.3)磁通法:通过索中的电磁传感器测定索中磁通量的变化,由此来测定索力与温度.磁通量法是测定斜拉桥索力、监测拉索锈蚀的非破坏性方法.它利用放在索中的小型电磁传感器,测定磁通量变化,根据索力、温度与磁通量变化的关系来推算索力.用磁通量法测定斜拉桥的索力,在国外应用的比较多,但在国内还未见报道.4)频率测定法:利用索在张紧、低阶振动模态下,采用拉索索力与基频的平方成比例的理论来计算索力.具体就是用精密拾振仪拾取拉索的振动信号,经过滤波,放大和频谱分析,再根据频谱图来确定拉索的自振频率从而导出索力.此方法适应范围灵敏度的传感器绑在斜拉索上,经过信号放大,即可测出索的自振频率,再换算成索力.测试的流程为:加速度传感器→滤波放大器→信号分析仪→计算机和软件.:422T+m=0x45x25t2:x:沿索向的坐标;y:斜拉索垂直于索向的挠度;EI:索的抗弯刚度;t:时间;T:索力;m:索单位长度的质量.假设索的两端为铰支,则该微分方程的解为:2222πT=4ml[fn/n]-nEI2/l2式中:n:索自振频率的阶数;fn:索的第n阶自振频率;l:索长.如果索的抗弯刚度很小,与索长的平方相比,可以忽略不计,则上式后一项可省略,则变为:T=4ml[fn/n]222由上式可推得:fn=n再令:f1=nfn=nT/4mlT/4ml2则可得:fn=nf12224πT/4ml+nEI/(4ml)当索的抗弯刚度不能忽略时,有:再令:f1=则可得:fn=nT/4ml22224π1+nEI/(4ml)在上述公式中,最为关键的是索长的选取,这是因为斜拉索一般存在垂度,这加大了拉索在锚固间的动力计算长度,同时索在构造上由于设置了刚性锚头,又缩短了拉索的动力计算长度.斜拉索的垂度仅对基频影响较大而对高阶频率则影响较小.索长的修正在工程上一般是凭经验进行的,这对索华24东交通大学学报2005年力变化量影响不大.由参考资料1中可知,经大量实际资料推导可用下式修正索长: L=L0-T?(S1+S2)式中:L0:索两锚固点之间的弦长;S1、S2:索两端刚性长度(锚环长);T:调整系数,可取0.35～0.48.如要进行较精确的计算,可根据斜拉索的锚固支承条件,引用动力计算长度概念,将复杂的两端固结支承的拉索振动模型等效成两端铰结支承的拉索振动模型.3.2频率测定法的影响因素直到找出满足要求的基频F.若始终找不出这样的n′,则表明信号中的干扰太大,应重新采集.采用后一方法的误差比直接频差法要小.4拉索的温度效应施工的设计索力是在规定桥梁结构温度的情况下确定的,而在具体施工阶段,桥体温度处于一个复杂的随机状态,因此施工间索力调整除考虑设计温度下的设计索力外,还必须考虑张拉时全桥实际温度场与设计温度场的差异对梁、索、塔产生的温度变形,以及因拉索自身的内外温度的不同而产生的温度场导致的一根索内索力的分布不均.当需要检测全桥的索力时,号,..为消除温度变化对,可通过选一天典型天气进行定时跟踪,同时观察温度变化,给出温度与斜索频率之间的关系曲线,再据此来修正拉索的频率.由于斜拉桥主要由钢材和混凝土两种材料组成,二者线膨胀系数不同,相同的温度变化引起的变形不一致.而且由于斜拉索与混凝土构件对外界温度变化响应的程度和快慢不同,从而在同一时刻结构的温度变形不同,并且因各部位日照强度和方向不同而导致结构中温度场的变化不同.故在施工中一般采用避免温度变化和消除温度影响相结合的办法控制温度影响,一般选择在夜间或清晨气温比较平稳时再进行索力的测量其效果较理想.经研究表明:1)索力的温度效应与缆索的安装位置有关,靠近桥塔附近的缆索当温度升高时索力减少,反之索力增大,缆索越靠近主梁梁端,则表现出温度升高索力增加,反之索力减小的趋势;2)日照温差及方向对索力有一定的影响,受日影响拉索索力计算精度一般有五种情况:边界约束、刚度、垂度、温度、斜度和减震器.在实际工程中斜拉索皆两端不等高,亦即存在一定的斜度;但实际上拉索的斜度影响很小可以忽略不计.斜拉索的垂度的影响可通过Ernst简化公式来考虑一般就可满足工程要求;.,,两种边.若考虑垂度、,两种边界条件下索力的计算结果则有所不同,此时需要先将斜拉索离散成若干杆单元,再用有限元法求拉索的自振频率再推求索力.3.3频率处理方法直接频差法就是利用频谱图中相邻两谐振之间的频率差推求基频,从而推求索力.但在用动测仪测索力时,因传感器一般只能安装在桥面附近,传感器检取的信号中基频成分相对较小,而高频相对较大,从而会造成在频谱图中基频不明显,而高频明显的现象.并且在实际工程中,因索作为弦振动的简化是不精确的,其两端既不是固接又不完全是铰接,并且固定索的主梁及主塔自身也在振动,还有其它各种干扰,这都影响了两频率差的准确性,所以,采用直接频差法监测索力的精度并不高.可利用各高次谐振峰来推算桥索振动基频,先从频谱图中选择一处幅度最大的谐振峰值,其频率为fn,即为第n阶自振频率.先假设它是索的n′次谐振频率形成的峰,算出假设基频F′=fn/n′.按照弦振动理论,其余各次谐振峰为F′的整数倍.如果各次谐振峰与基频F′的比值非常接近于整数.则可认为此F′是基频F.否则,可将n′加1或减1试算,照幅射强烈的一侧其索力变化比另一侧明显,并且日照温差对斜拉桥索塔、主梁的变形有着重要影响.3)当斜拉桥结构整体均匀升或降温时,温度变化对主梁的挠度的影响较小,在施工控制中可不考虑季节温差对主梁线型的影响.4)日照温差对主梁的挠度影响较大,并且,主梁悬臂的长度越长,其影响也就越大.第4期25另外,如果结构需要进行索力调整,则应尽量做好实际结构的温度监测工作,而且应选择合适的时间来调整索力,尽量避免不均匀温差等因素的影响.其中,弹性伸长量和垂度修正值按下式计算:ΔLe=L0T/(EA)222ΔLf=WLxL0/(24T)式中:T:拉索设计索力;E:拉索弹性模量;A:5下料索长的计算公路斜拉桥设计规范(试行)(JTJ027-96)给出了斜拉索在设计温度时的无应力下料长度计算公式:L=L0-ΔLe+ΔLf+ΔLML+ΔLMD+2LD+3d(该式适用于冷铸锚)拉索截面积;Lx:L0的水平投影长度;W:拉索每单位长度质量.在计算拉索下料长度中,其关键就在于索长L0和拉索的初拉力T的计算.对于索长L0,一般可取成桥时的理想状态的桥塔和主梁的设计线形,即采用此时两锚垫板顶面中心的空间距离.但这未考虑到索塔的成桥变位,并且活载预拱度也会影响索长L0取值.如要精确下料则必须计算各塔上锚点的实际成桥时的变位.对于索力T根斜拉索的平均索力..[J].中外公路.2002,6～39.[2]侯俊明,彭晓彬,叶方才.斜拉索索力的温度敏感性[J].式中:L:拉索下料长度;L0:每根拉索的长度,是该拉索上、下两个索孔出口处在拉索张拉完成后锚固面的空间距离;ΔLe:初拉力作用下拉索的弹性伸长修正;ΔLf:初拉力作用下拉索垂度修正;ΔLML:ΔLMD:,可设定螺母定位于锚杯的前1/2;LD:锚固板厚度;3d:拉索两端所需的钢丝长安大学学报(自然科学版)2002,(4)34～36.[3]陈明宪.斜拉桥的建造技术[M].北京:人民交通出版社;2003.[4]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社;2005.镦头长度,d为钢丝直径.CableAnalysisofCable2stayedBridgeGUOSheng2dong1,CHENYe2(municationsDesignInstituteofJiangxiProvince,Nanchang330002;2. Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除Abstract:Thispaperintroducedworkperformanceofcableandfourmethodsa bouttestingcableforceanddescribedthevibrationfrequencymethodoftesti ngcableforce,thecalculationmethodsaboutthetemperatureeffectandcable con2structionlength.Keywords:cable2stayedbridge;cable;cableforcetest;temperatureeffect此文档仅供学习和交流。

高速铁路斜拉桥斜拉索施工工艺及索力控制方法高速铁路斜拉桥是一种重要的铁路桥梁结构，它采用斜拉索来承受桥梁的荷载，具有较大的跨度和承载能力。

斜拉索的施工工艺及索力控制方法对保证斜拉桥的安全运行至关重要。

斜拉索施工工艺一般包括索梁的吊装、索具的连接、索拉张和索力调整等步骤。

索梁吊装是斜拉索施工的第一步，需要使用大型吊车将索梁吊装到设计位置，并确保各个索槽对准桥塔。

接下来，施工人员需要使用索具将各个索槽和索梁连接起来，通常采用螺栓连接方式，确保连接牢固。

然后施工人员开始对斜拉索进行拉张工作，拉紧索梁与桥塔之间的索力。

根据索力测试结果，对索力进行调整，确保平衡和稳定。

索力控制是斜拉桥施工和运行的重要环节，需要根据桥梁结构和设计要求，在每个索槽中施加适当的索力。

索力控制方法一般包括静态方法和动态方法。

静态方法是在施工过程中根据索力计算公式和各项参数来确定索力大小，可以通过应力控制仪器对各个索力进行测试和调整。

动态方法是通过振动测试和模型试验等方法来检测索力，根据实际情况对索力进行调整，确保桥梁的稳定性和安全性。

在实际施工过程中，还需要注意斜拉索的预应力控制，避免索力过大或过小导致桥梁形变过大或者荷载承载能力下降。

预应力控制需要根据索力计算公式和各个索槽的设计参数进行计算，并确保施加合适的预应力。

斜拉索的调整和维护也是保证桥梁安全使用的重要环节，需要定期检测和调整索力，确保索梁与桥塔之间的力平衡和桥梁的稳定性。

高速铁路斜拉桥斜拉索施工工艺及索力控制方法是保证桥梁安全运行的重要环节。

在实施斜拉索施工工艺时，需要按照吊装、连接、拉张和调整的顺序进行，并注意索梁的预应力控制。

索力控制方法可以采用静态方法和动态方法相结合的方式，确保斜拉索的稳定性和桥梁的安全性。

港珠澳大桥中央单索面斜拉桥全钢索塔吊装受力分析于喜年;崔亮;孙伟【摘要】为港珠澳大桥江海直达船航道桥“风帆型”全钢索塔模块在起吊、翻身、转位和移位等施工过程中的安全可靠、准确稳妥,需要对索塔模块吊装过程进行安全评价.选取0°、45°及90°三个典型吊装模态为研究对象,利用有限元法模拟分析索塔与吊装系统连接的Z10节段塔身受力情况,发现索塔模块吊装过程中塔身吊装部位出现应力集中现象,塔身强度不符合吊装设计要求.依据索塔受力模拟分析结果,对索塔吊装部位进行结构加强,并重新分析计算,结果表明:索塔结构加强后的三种吊装模态最大应力为368.154MPa,小于所用材料许用应力375 MPa,满足强度要求;三种吊装模态产生的最大位移为46mm,小于《起重机设计规范》位移要求,满足刚度要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析,为港珠澳大桥索塔安全吊装提供了数据保证.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P80-84,104)【关键词】港珠澳大桥;索塔;模块化吊装【作者】于喜年;崔亮;孙伟【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;湖南利欧泵业有限公司,湖南湘潭 411201【正文语种】中文港珠澳大桥江海直达船航道桥为深水区通航孔桥，该钢箱梁中央单索面斜拉桥主塔结构为“风帆型”全钢索塔，桥跨布置为994 m，两中跨和次边跨布设斜拉索，桥梁结构体系为六跨连续半漂浮体系.为方便制造及施工，根据主梁纵断线形，边索塔和中索塔设计高度分别为108.5 m和110 m，本文主要以中索塔为研究对象.桥型总体布置如图1所示.如图2所示，“风帆型”索塔是港珠澳大桥的标志性建筑，索塔由索塔柱、副塔柱以及主副塔柱联系杆三部分组成.受力主塔柱为Z0-Z12共13个大节段，各节段在厂房进行水平式拼装和焊接形成索塔整体，索塔内部设有翼板、腹板及加劲肋板.索塔主体结构材料采用Q345qD钢板，造型部分材料采用Q235B钢板，材料属性及力学性能如表1所示.根据索塔结构特点和海面复杂吊装环境，索塔采用整体模块吊装模式一次吊装就位，吊装工程选用双臂变幅式起重船，起重量为 3 200 t，吊臂长 137m，主钩最大起升高度 110 m.根据索塔实际吊装状态，索塔吊装经过起吊、翻身、转位和移位过程，为防止索塔在吊装过程中发生倾覆，通过对索塔重心位置计算，需使吊点中心和索塔重心在同一垂直线上，并考虑起重船实际吊装高度，故将吊点位置选择在主塔柱 Z10节段.吊具整体与塔身利用高强螺栓群及等强拉杆紧固连接.2.1 吊具结构形式经过对索塔吊装工程所用吊具多次方案调整及有限元计算分析，最终采用可靠性高、吊装工艺方便的桁架式组合体吊装结构[1-3].组合体吊具由浮动吊耳、箱式铰座、复合桁架吊臂组成.箱式铰座及复合桁架吊臂焊接成一体，采用特殊焊接工艺，吊臂小端连接板采用周边焊外，在小端连接板空隙处钻若干Φ40孔，采用灌焊处理，浮动吊耳与箱式铰座相对转动.整个吊装系统四个吊点由高强无接头绳圈与吊耳轴相连，吊装过程中浮动吊耳可实现自身调平，各吊点位于同一平面，保证索塔吊装安全稳定.吊装系统如图3所示.吊臂主管根部区域受力较大，高强螺栓系用等强拉杆替换[4]，使索塔与吊臂连接的Z10节段塔身整体受力性能得到提高.索塔吊装过程中塔身受力及变形分析属于结构动力学分析，但由于计算模型庞大及动态分析加载数据未知等因素，故采用静力学分析以简化索塔动态吊装过程.本文基于ANSYS有限元分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，为模拟计算简便，未考虑风载荷对吊装系统影响，仅在0°、45°和90°三种吊装模态下对索塔整体进行应力、位移分析.3.1 索塔吊装系统有限元模型建立根据索塔和组合体吊具结构特点，整体采用壳单元Shell181模拟[5] ，厚度方向以板厚中性面位置来确定，有限元模型单元数1 075 956，节点数971 458.对网格模型进行质量检查，保证索塔有限元模型计算精度[6].高强螺栓及等强拉杆采用beam188单元模拟，在每个螺栓孔处建立刚性区域，并释放rigid单元旋转自由度.索塔及组合体吊具自重通过输入材料密度和加速度由软件自动加载.吊装系统有限元模型四吊点处施加“3221”约束方式，防止系统过约束，0°吊装模态与45°吊装模态索塔底部与地面接触，索塔底部施加支反力约束.90°吊装模态下索塔离地底部无约束，本文略去吊装系统有限元模型图.3.2 有限元分析结果对三种吊装状态下索塔有限元模型进行分析，重点分析Z10节段塔身及主副塔联系杆应力状况.图4所示为三种吊装模态下初步模拟索塔受力分析应力云图.结果显示0°吊装模态塔身所受最大应力为939.4 MPa，索塔倾斜吊装模态时塔身所受最大应力为1 052 MPa，90°吊装模态塔身最大应力为1 396 MPa.三种吊装模态塔身所受应力均超过材料许用应力[σ]=242 MPa，最大应力位置出现在与吊装系统连接段的塔身处.随着吊装姿态改变，吊具对连接段塔身外腹板产生较大拉力和压力，外腹板发生翘曲且变形明显，为防止塔身撕裂需对索塔外腹板及内部进行结构加强. 0°、45°及90°吊装模态塔身最大位移分别为55.82、41.44、32.43 mm，小于《起重机设计规范》的位移要求.索塔整体位移属于弹性位移，满足刚度要求.图5所示为三种吊装模态的副塔柱应力云图.最大应力分别为158.4、103.6和70.2 MPa，均小于其许用应力[σ]=168 MPa.副塔柱产生最大位移分别为46.2、36.1和21.4 mm，副塔柱强度刚度满足吊装工程要求，文中未示主、副塔柱位移云图.图6所示为索塔Z10节段被吊装节段内部结构应力云图，应力集中部位在横隔板与塔侧壁连接处，即出现在吊装系统复合桁架四根主吊管轴向延伸处的索塔壁周围.通过对索塔吊装系统连接的索塔塔身应力应变模拟分析发现，索塔外腹板及索塔壁四拐角处所受应力最大，为防止索塔吊装过程中其内部结构出现局部破坏，保证索塔吊装的安全可靠，需对塔身四周拐角及受力较大部位进行结构加强.4.1 索塔外腹板内壁加强索塔外腹板材料为Q345qD，索塔外腹板内侧设有横隔板与纵向加劲肋板.经反复分析计算后确定塔壁加强方案，即在塔壁内焊接Q690高强度连接加强板，塔壁连接加强板四周坡口采用熔透焊，索塔外腹板内侧加强板布置如图7所示，加强后外腹板厚度达到110 mm，可抵抗吊装系统对其产生的应力应变作用.图7 索塔内侧加强板示意图4.2 索塔内部结构加强根据外腹板及索塔内部所受应力应变状况对索塔Z10节段四周拐角进行加强，增强吊装过程中的强度刚度.由于索塔内部空间狭小，结构加强困难诸多，仔细分析其内部结构后，决定在N2、N4、N6与塔壁连接的横隔板四拐角水平方向上、下两侧分别焊接厚度为40 mm的Q690加强板，图8所示为索塔N2、N4、N6横隔板结构加强布置图，加强板尺寸根据横隔板纵向加劲肋板形状确定.图8 索塔 N2、N4、N6横隔板结构加强图索塔在吊装至垂向状态时，通过高强螺栓群及等强拉杆紧固件将应力传递至索塔Z10节段纵向加劲肋板，致使纵向加劲肋板应力超过所用材料强度极限，应在受力较大的N2、N4、N6三个横隔板截面所在垂向位置两侧焊接Q690槽钢进行强度加强.图9(a)及图10(a)所示为N2、N6截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及E型焊接槽钢结构加强图.图9(b)及图10(b)所示为N4截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及焊接槽钢结构加强图.所有加强槽钢与塔内纵向加劲肋板及横隔板采用熔透焊.索塔内壁四周拐角及塔壁与钢管连接处内部结构加强后，索塔Z10节段塔身整体结构强度得到提高.(a) N2、N6处槽钢加强模型(b) N4处槽钢加强模型图9 索塔内部槽钢加强网格模型图图10 槽钢截面加强图4.3 索塔结构加强后受力分析索塔Z10节段塔身结构加强后重新进行强度刚度分析，三种吊装模态索塔应力云图如图11所示,索塔所受最大应力在0°起吊模态，应力值为368 MPa，分析发现三种吊装模态最大应力位置均发生在索塔底部，原因在于建立索塔有限元模型时索塔底部施加刚性约束而导致底部应力较大，索塔底部装配滑动铰支撑，实际吊装过程中应力将得到分散，有利于保护索塔安装基面不被破坏. 三种吊装模态所受应力小于所用材料许用应力.结构加强后三种吊装模态产生最大位移分别为46.135、36.148和27.172 mm，副塔柱产生的位移与结构加强前基本相同，主副塔柱产生位移小于《起重机设计规范》[7]的位移要求.由于篇幅所限，本文略去部分有限元分析位移云图，索塔模块吊装疲劳分析未展开叙述.(a) 0°吊装模态索塔应力云图(b) 45°吊装模态索塔应力云图(c) 90°吊装模态索塔应力云图图11 加强后三种吊装模态索塔应力云图5 吊装吊具稳定性分析对索塔吊装三个吊装模态下吊具进行稳定性分析，得屈曲系数如表2所示,吊具抗失稳能力良好，稳定性满足工程要求.表2 吊装吊具屈曲系数吊装模态一、二、三屈曲系数0°9.8627、9.8709、11.87445°18.103、18.179、18.89890°13.325、13.402、14.1036 结论本文基于ANSYS分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，对与吊装系统连接的索塔Z10节段塔身结构进行应力、应变初步分析结果显示，吊具连接段塔身应力较大，不能满足索塔吊装要求；根据应力所发生位置对塔身内、外部结构进行加强设计，并对索塔结构加强后受力再分析结果表明，三种吊装模态下塔身所受最大应力为368 MPa，小于材料许用应力，满足强度要求；三种吊装模态索塔产生的最大位移为46 mm，结构加强前后位移变化基本相同，说明索塔整体刚度良好，索塔吊装过程受力仅对索塔强度有影响；吊装吊具稳定性分析结果表明吊具抗失稳能力满足工程要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析，为港珠澳大桥全钢索塔安全吊装提供了数据保证.YU Xinian1, CUI Liang1, SUN Wei2(1.School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China;2.Hunan Leo Pump Co., Ltd, Xiangtan 411201, China) Abstract：Aiming at the safety of cable tower module of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge during lifting, rolling over, transposition and shifting,safety evaluation of the cable tower module assembly is conducted.Three typical hoisting modes at the angles of 0°,45°and 90° are selected， and finite element method is used to analyze the force of Z10, connection section between cable tower and the hoisting system. The results show that stress concentration occurs in the cable tower module hoisting parts in hoisting, which are not accordance with the hositing design requirements. Based on the cable tower stress simulation results, the structural of the cable tower crane parts is strengthened, and the analysis and calculate results show that after strengthening， the maximal stress is 368.154 MPa, less than the minimum allowable stress 375 MPa, and meets the strength requirements. The maximum displacement is 46 mm, which meets the stiffness requirements.The design and simulative force analysis provide reliable data for Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge cable tower safe hoisting.Keywords：hong kong-Zhuhai-Macao Bridge; cable tower; modular assembly文章编号：1673-9590(2016)04-0080-06*收稿日期：2015-10-11基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375063)作者简介：于喜年(1958-)，男，教授，硕士，主要从事机械装备设计理论及制造技术、大型工程吊装技术的研究E-mail:***************.文献标识码：A通过对索塔吊装系统连接的索塔塔身应力应变模拟分析发现，索塔外腹板及索塔壁四拐角处所受应力最大，为防止索塔吊装过程中其内部结构出现局部破坏，保证索塔吊装的安全可靠，需对塔身四周拐角及受力较大部位进行结构加强.4.1 索塔外腹板内壁加强索塔外腹板材料为Q345qD，索塔外腹板内侧设有横隔板与纵向加劲肋板.经反复分析计算后确定塔壁加强方案，即在塔壁内焊接Q690高强度连接加强板，塔壁连接加强板四周坡口采用熔透焊，索塔外腹板内侧加强板布置如图7所示，加强后外腹板厚度达到110 mm，可抵抗吊装系统对其产生的应力应变作用.4.2 索塔内部结构加强根据外腹板及索塔内部所受应力应变状况对索塔Z10节段四周拐角进行加强，增强吊装过程中的强度刚度.由于索塔内部空间狭小，结构加强困难诸多，仔细分析其内部结构后，决定在N2、N4、N6与塔壁连接的横隔板四拐角水平方向上、下两侧分别焊接厚度为40 mm的Q690加强板，图8所示为索塔N2、N4、N6横隔板结构加强布置图，加强板尺寸根据横隔板纵向加劲肋板形状确定.索塔在吊装至垂向状态时，通过高强螺栓群及等强拉杆紧固件将应力传递至索塔Z10节段纵向加劲肋板，致使纵向加劲肋板应力超过所用材料强度极限，应在受力较大的N2、N4、N6三个横隔板截面所在垂向位置两侧焊接Q690槽钢进行强度加强.图9(a)及图10(a)所示为N2、N6截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及E型焊接槽钢结构加强图.图9(b)及图10(b)所示为N4截面吊臂钢管与塔壁连接处的横隔板上、下两侧槽钢加强网格模型及焊接槽钢结构加强图.所有加强槽钢与塔内纵向加劲肋板及横隔板采用熔透焊.索塔内壁四周拐角及塔壁与钢管连接处内部结构加强后，索塔Z10节段塔身整体结构强度得到提高. 4.3 索塔结构加强后受力分析索塔Z10节段塔身结构加强后重新进行强度刚度分析，三种吊装模态索塔应力云图如图11所示,索塔所受最大应力在0°起吊模态，应力值为368 MPa，分析发现三种吊装模态最大应力位置均发生在索塔底部，原因在于建立索塔有限元模型时索塔底部施加刚性约束而导致底部应力较大，索塔底部装配滑动铰支撑，实际吊装过程中应力将得到分散，有利于保护索塔安装基面不被破坏. 三种吊装模态所受应力小于所用材料许用应力.结构加强后三种吊装模态产生最大位移分别为46.135、36.148和27.172 mm，副塔柱产生的位移与结构加强前基本相同，主副塔柱产生位移小于《起重机设计规范》[7]的位移要求.由于篇幅所限，本文略去部分有限元分析位移云图，索塔模块吊装疲劳分析未展开叙述.对索塔吊装三个吊装模态下吊具进行稳定性分析，得屈曲系数如表2所示,吊具抗失稳能力良好，稳定性满足工程要求.本文基于ANSYS分析软件，建立索塔吊装系统有限元模型，对与吊装系统连接的索塔Z10节段塔身结构进行应力、应变初步分析结果显示，吊具连接段塔身应力较大，不能满足索塔吊装要求；根据应力所发生位置对塔身内、外部结构进行加强设计，并对索塔结构加强后受力再分析结果表明，三种吊装模态下塔身所受最大应力为368 MPa，小于材料许用应力，满足强度要求；三种吊装模态索塔产生的最大位移为46 mm，结构加强前后位移变化基本相同，说明索塔整体刚度良好，索塔吊装过程受力仅对索塔强度有影响；吊装吊具稳定性分析结果表明吊具抗失稳能力满足工程要求.索塔整体吊装系统设计及索塔受力模拟数值分析，为港珠澳大桥全钢索塔安全吊装提供了数据保证.【相关文献】[1]于喜年，袁雷，马富巧.某核电站主控室吊装平衡梁设计及可靠性分析[J].大连交通大学学报,2013,34(6):62-65.[2]于喜年，刘晓，王建国.核岛钢衬里筒体模块化整体吊装网架结构设计及问题分析[J].核科学与工程, 2011,31(4) : 336-343.[3]于喜年，杨莹彧，王建国.某核电站混凝土底板模块化吊装设计及应用[J].核动力工程,2013,34(6):132-135.[4]祁海申.工程用高强度钢拉杆的研制与应用[J].工业建筑,2005(35):359-361.[5]韩大建,梁立农,徐郁峰,等.珠江大桥有限元仿真分析[J].桥梁建设,2004(3):34-37.[6]THAKUR A，BANERJEE A G，GUPTA S K．A survey of CAD model simplification techniques for physics-based simulation applications[J]．Computer-Aided Design，2009(6): 65-80.[7]国家标准化管理委员会. GB/T3811-2008.起重机设计规范[S]. 北京:中国标准出版社,2008.Hoisting Steel Tower Stress Analysis of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Central Single Cable-Stayed Bridge。

钢混组合梁斜拉桥非对称张拉施工控制的拉索索力统计敏感性
分析
程振清;徐宙元;汪志昊;高宇甲;赵展
【期刊名称】《华北水利水电大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】针对非对称张拉施工斜拉桥存在的主梁和桥塔线形控制难题,以某大跨度钢混组合梁斜拉桥施工控制为例,开展了拉索索力统计敏感性分析研究。

以斜拉索索力为设计参数,综合采用均匀试验和正交试验设计方法以及多元线性回归和极差分析显著性检验方法,对成桥和施工阶段主梁和桥塔截面的内力、位移进行统计敏感性分析。

结果表明:提出的索力统计敏感性分析方法可准确获得成桥和施工阶段的敏感性索力参数;对于成桥阶段,S10、MS10、S9号斜拉索索力为结构线形的敏感性参数;非对称张拉施工时,S10、MS10、S9、MS9、S8、MS8、S5、MS5号斜拉索索力为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数;若采用对称张拉施工,S10、MS10、S8、MS8、S9、MS9、S7、MS7号斜拉索索力则为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数。

【总页数】7页(P85-91)
【作者】程振清;徐宙元;汪志昊;高宇甲;赵展
【作者单位】华北水利水电大学;中建七局第四建筑有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.温度对钢-砼组合斜拉桥拉索索力及钢箱梁变形影响研究
2.基于杆系钢箱梁拱桥实体工程的张拉吊索索力监控偏差分析
3.确定混合梁斜拉桥张拉施工的索力控制方法
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基于APDL参数化语言的斜拉桥的索力优化（1、武汉绕城高速公路管理处，湖北武汉 430415 2、烟台科信房地产开发有限公司，山东烟台264000）摘要：利用大型有限元分析软件ANSYS的优化设计及结合其编程语言APDL对一座独塔单索面部分斜拉桥进行了索力优化设计，计算结果表明该方法简单、有效。

关键词：ANSYS；斜拉桥；索力优化斜拉桥成桥恒载内力的分布及其大小是衡量设计优劣的重要标志之一[1]。

斜拉桥设计自由度很大，可以通过调整索力来改变结构的受力状态，优化结构的受力。

因此，一旦斜拉桥结构体系确定，总能找出一组索力，它能使结构在确定性荷载作用下，某种反映受力性能的指标达到最优。

这组索力对应的成桥状态就是该目标下的成桥合理状态，求解这组最优索力，并加以实施，也就实现了斜拉桥的恒载受力优化，因此，斜拉桥恒载状态的优化也就转化为斜拉桥索力优化问题。

1 索力优化的常用方法目前索力优化的常用方法可归结为三类：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[2]。

指定受力状态优化方法的代表是刚性支承连续梁法和零位移法。

索力无约束优化法的典型例子是弯曲能量最小法[3]和弯矩最小法[4]。

索力的有约束优化的典型例子有：用索量最小法[5]、最大偏差最小法[6]。

根据斜拉桥的受力特点，选用以弯曲能量最小为优化目标，利用大型有限元分析软件ANSYS的优化设计及结合其编程语言APDL来实现。

2 优化设计基本要素2.1 在ANSYS的优化模块中，有3大变量：设计变量、状态变量、目标函数，它们统称为优化变量。

设计变量为设计过程中需要不断调整赋值的参数，是设计的自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。

每个设计变量都有上下限，用于规定设计变量的取值范围。

在斜拉桥的索力优化中，采用斜拉索索力为设计变量。

状态变量是设计要求满足的约束条件变量参数，用来体现优化的边界条件，它们相当于“因变量”，是设计变量的函数。

174中外公路第40卷第6期2 0 2 0年1 2月DOI：10. 14048/j.issn. 1671 — 2579. 2020. 06. 037斜拉扣挂施工索梁锚固区的力学性能分析段力1_2,李元松、高学文3(1.武汉工程大学土木与建筑工程学院，湖北武汉430073; 2.武汉市规划设计有限公司；3.中国铁建大桥工程局集团有限公司）摘要：针对斜拉扣挂法施工中索梁锚固区应力分布复杂的问题，以某自锚式悬索桥为工程背景，整体结构分析确定最不利位置后，基于M idas/Fea程序采用空间实体有限元计算模型，对钢箱梁及端部锚固区进行局部计算分析，验算锚固结构的可靠性并得出应力分布规律。

结果表明：钢箱梁在最大索力作用下各板件的应力值均满足规范要求，结构处于弹性工作状态。

临时斜拉索倾角对锚箱内板件应力的影响不亚于索力，无论是索力还是倾角的改变，锚箱内薄弱点位置0始至终位于底板N2与钢箱梁横隔板N4交界处，但各项应力值均小于材料的设计强度；锚箱内竖隔板N1应力水平较低，可适当增大竖隔板间距来简化锚箱内部构造；位于锚固段混凝土箱梁，斜拉索集中锚固在端部横梁的方式比锚固于箱梁顶板更安全可靠。

关键词：悬索桥；索梁锚固；极限承载力;斜拉桥索梁锚固区是将斜拉索的索力传递到主梁 的重要结构，因其局部区域应力集中、构造复杂，通常 是控制斜拉桥箱梁设计的关键部位。

随着桥梁向大跨度、复杂结构的方向不断发展，斜 拉索最大设计索力均达到“千吨”级别，如已建成的苏 通长江大桥、上海长江大桥等。

这也就意味着锚固点处需承受千吨级的集中力，索梁锚固结构如何将千吨级索力安全、可靠传递到主梁结构上，并在设计周期内 具有足够的耐久性是工程设计最为关心的问题。

常用斜拉索梁锚固形式可分为锚箱式、耳板式、锚 管式和拉板式。

由于锚固区结构受力极其复杂，采用 常规的平面模型计算方法远不能适应这种复杂结构的 验算要求，需按照空间理论进行分析与计算。

该文依 托实际工程，借助Midas/F e a有限元软件建立空间实体单元模型，针对该桥斜拉扣挂法施工中临时斜拉桥所采取的不同锚固形式，分析锚固区应力分布规律，验 算结构的安全性并找出其薄弱点，为设计施工提供参考。