專利名稱：大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法與預拱度計算方法
技術領域：
本發明涉及一種橋梁施工領域，尤其涉及一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法。
背景技術：
在橋梁施工過程中，預拱度是一個重要的指標，預拱度為抵消梁、拱、桁架等結構在荷載作用下產生的撓度，而在施工或制造時所預留的與位移方向相反的校正量。
對于具有高次超靜定的大跨斜拉橋結構體系，其所采用的施工方法和安裝程序與成橋后的主梁線型有著密切的聯系，且施工階段隨著大跨橋梁結構體系和荷載狀態的不斷變化，變形亦隨之不斷發生變化。因此需要對大跨橋梁的每一施工階段進行詳盡的理論分析，以確定各控制截面的位移參數的理論計算值，這些理論值即為大跨橋梁施工過程的參考軌跡。為確保主梁線形在成橋狀態滿足設計要求，需要進行理論預拱度的精確計算分析。大跨徑砼斜拉橋的理論預拱度設置計算方法為I、建立斜拉橋有限元計算模型；2、進行懸臂施工過程計算分析；3、理論預拱度計算H = Ho+Hi+f式中H—懸澆節段主梁前端的立模標高；H1—理論計算預拱度；f 一掛籃變形；H0一設計標聞。在傳統的大跨徑砼斜拉橋的施工控制方法中，對理論預拱度的計算和反饋的過程中，掛籃變形通過另外計算分析將其考慮到理論預拱度的設置中；但是由于在施工過程中，掛籃作為斜拉橋施工過程中受力體系的一部分，傳統的分開計算分析方法不能完全面反映掛籃對理論預拱度的影響，例如懸臂端部轉角對掛籃前端立模標高的影響顯然無法采用傳統計算分析方法得到有效解決。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠準確適應施工現場的受力體系的大跨徑砼斜拉橋的施工控制方法。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，包括如下步驟SOl :采集施工現場數據，并以此在模擬軟件中建立斜拉橋有限元分析模型，所述有限元分析模型中的模擬數據參數均與施工現場和設計圖紙中的數據參數匹配，所述模擬數據包括各設備、材料的尺寸、材料屬性和施工條件，所述有限元分析模型中包括斜拉索模型、主梁模型、待澆混凝土梁模型和施工掛籃模型；
S02 :對施工過程進行仿真模擬，得到所述待澆筑的混凝土梁模型施工后的形變位移變化量，所述形變位移變化量由模擬軟件自動計算生成；在所述步驟S02中，還包括將施工過程根據常規的斜拉橋施工階段劃分成若干模擬工況階段，所述模擬工況階段包括混凝土澆筑工況階段、預應力張拉工況階段、斜拉索工況階段和掛籃移動工況階段；在所述步驟S02中，在混凝土澆筑工況階段，將施工中的混凝土梁模擬成若干個虛單元，掛籃模擬成若干個掛籃單元，每個所述虛單元和掛籃單元各設有兩個節點，相鄰的兩個虛單元或掛籃單元共用一個節點，仿真模擬的混凝土澆筑過程中，虛單元的節點與掛籃單元的節點耦合連接；S03 :根據所述形變位移變化量計算理論預拱度；S04 :根據S03計算得到的所述理論預拱度進行施工； 所述的理論預拱度通過將所述形變位移變化量反向而不改變其數值得到。所述虛單元在虛單元的節點與掛籃單元的節點稱合連接的過程中，忽略其剛度和重量。所述SOI、S02步驟均在有限元分析軟件中進行。本發明還提供了一種大跨徑混凝土斜拉橋，包括主梁、主塔和若干斜拉索，所述主塔與所述主梁互相垂直連接，所述斜拉索斜向連接所述主塔和所述主梁，所述大跨徑混凝土斜拉橋采用了本發明提供的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法進行施工的。本發明還提供了一種預拱度計算方法，采用了本發明提供的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法中的步驟SOI、S02和S03計算預拱度。本發明通過采集施工現場的數據，并以此建立有限元模型，通過有限元模型便于計算的特點，真實模擬包括斜拉索拉力、混凝土自重等受力環境對斜拉橋的混凝土在施工過程中產生的形變影響，尤其引入了對施工掛籃的模擬，將其對待澆混凝土在澆筑過程中的形變的影響計算在內，包括了掛籃的自重和其本身的形變，進而通過計算得到理論預拱度，最終將其實施到施工現場，實現了提供一種能夠準確適應施工現場的受力體系的大跨徑砼斜拉橋的施工控制方法。


圖I為本發明一實施例的大跨徑混凝土斜拉橋的有限元模型示意圖。圖2為本發明一實施例的混凝土虛單元與掛籃單元的耦合示意圖。圖中，101—斜拉索模型；102—待澆混凝土梁模型；103—主梁模型；104—施工掛籃模型；201 一虛單兀；202—虛單兀節點；203—掛籃單兀；204—掛籃單兀節點；205—燒筑中的混凝土梁模型。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明做進一步的詳細介紹，其為本發明一優選的實施例，本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實現本發明的有利效果。請參考圖1，本實施例提供了一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，包括如下步驟SOI :采集施工現場數據，并以此在模擬軟件中建立斜拉橋有限元分析模型，所述有限元分析模型中的模擬數據參數均與施工現場和設計圖紙中的數據參數匹配，所述模擬數據包括各設備、材料的尺寸、材料屬性和施工條件，所述有限元分析模型中包括斜拉索模型101、主梁模型103、待澆混凝土梁模型102和施工掛籃模型104 ；S02 :對施工過程進行仿真模擬，得到所述待澆筑混凝土梁模型102施工后的形變位移變化量，所述形變位移變化量由模擬軟件自動計算生成；S03 :根據所述形變位移變化量計算理論預拱度；S04 :根據S03計算得到的所述理論預拱度進行施工；

如圖I所示的即為步驟SOl所建立的斜拉橋有限元分析模型的示意圖，其中包括斜拉索模型101，待澆混凝土梁模型102，主梁模型103和施工掛籃模型104，本實施例通過建立有限元分析模型，實現對真實施工情況進行仿真模擬。在有限元分析模型中，將工程結構，即本實施例中的待澆混凝土梁模型102、主梁模型103和施工掛籃模型104，離散為由各種單元組成的模型，離散后單元與單元之間利用單元的節點相互連接起來，各類單元的物理性質均與施工現場和設計要求的相應材料匹配，單元節點的數量根據描述形變的形態和計算的精度而改變，可自行設置。本實施例通過采集施工現場的數據，并以此建立有限元模型，通過有限元模型便于計算的特點，真實模擬包括斜拉索拉力、混凝土自重等受力環境對斜拉橋的混凝土在施工過程中產生的形變影響，尤其引入了對施工掛籃的模擬，將其對待澆混凝土在澆筑過程中的形變的影響計算在內，進而得到理論預拱度，最終將其實施到施工現場，實現了提供一種能夠準確適應施工現場的受力體系的大跨徑砼斜拉橋的施工控制方法。在施工掛籃的諸多物理屬性中，剛度由于與施工掛籃的形變相關程度最高，也最為重要，故而施工掛籃模型的剛度與施工現場的施工掛籃的剛度相同。然而，為了能夠準確測量和模擬，進而得到我們需要的數據，有些物理屬性則由于會影響模擬和測量而被選擇性忽略，例如待澆混凝土在澆筑過程中，其自身的重量可以根據模擬的施工階段的不同而選擇性的加載。在所述步驟S02中，還包括將施工過程根據常規的斜拉橋施工階段劃分成若干模擬工況階段，所述模擬工況階段包括混凝土澆筑工況階段、預應力張拉工況階段、斜拉索工況階段和掛籃移動工況階段。在所述步驟S02中，在混凝土澆筑工況階段，將澆筑中的混凝土梁模型205模擬成若干個虛單元201，掛籃104模擬成若干個掛籃單元203，每個所述虛單元201和掛籃單元203各設有兩個節點，相鄰的兩個虛單元或掛籃單元共用一個節點，在本實施例中所述節點包括虛單元節點202和掛籃單元節點204,仿真模擬的混凝土燒筑工過程中，虛單元節點202與掛籃單元節點204耦合連接。請參考圖2，隨著澆筑的進行，施工掛籃模型104發生自身的形變，由于其形變會使得澆筑中的混凝土梁模型205發生形變，本實施例中，通過將虛單元節點202與掛籃單元節點204耦合連接模擬其形變的過程，若干虛單元節點202與對應的掛籃單元節點204擁有相同的起伏，從而保證了虛單元的形變與掛籃單元的形變相吻合。在混凝土澆筑工況階段，如果引入虛單元201的剛度和重量，即引入澆筑中的混凝土梁205的剛度和重量，則會影響其與掛籃單元的耦合形變，同時，由于澆筑中的混凝土梁205也受到自身重力的影響，而無法模擬其由于掛籃形變帶來的混凝土梁的形變，故而所述虛單元201在虛單元的節點與掛籃單元的節點耦合連接的過程中，忽略其剛度和重量。所述SOI、S02步驟均在有限元分析軟件中進行。混凝土梁的形變受到多方面的影響，包括斜拉索拉力的影響、自重的影響、荷載變化的影響和自身由于重力作用產生的形變等等，在本實施例中僅僅就其形變進行模擬，而不細究其產生具體形變的具體原因，并通過形變位移變化量進行理論預拱度的計算。同時，.為了能夠準確模擬施工過程中發生的形變，本實施例將掛籃的變形通過單元節點耦合的方式過渡成為施工中的混凝土梁的變形。本實施例還提供了一種大跨徑混凝土斜拉橋，包括主梁、主塔和若干斜拉索，所述主塔與所述主梁互相垂直連接，所述斜拉索斜向連接所述主塔和所述主梁，所述大跨徑混凝土斜拉橋采用了本發明提供的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法進行施工的。本實施例還提供了一種預拱度計算方法，采用了本實施例提供的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法中的步驟SOI、S02和S03計算預拱度。綜上所述，本發明通過采集施工現場的數據，并以此建立有限元模型，通過有限元模型便于計算的特點，真實模擬包括斜拉索拉力、混凝土自重等受力環境對斜拉橋的混凝土在施工過程中產生的形變影響，尤其引入了對施工掛籃的模擬，將其對待澆混凝土在澆筑過程中的形變的影響計算在內，包括了掛籃的自重和其本身的形變，進而通過計算得到理論預拱度，最終將其實施到施工現場，實現了提供一種能夠準確適應施工現場的受力體系的大跨徑砼斜拉橋的施工控制方法。
權利要求
1.一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，其特征在于包括如下步驟 501:采集施工現場數據，并以此在模擬軟件中建立斜拉橋有限元分析模型，所述有限元分析模型中的模擬數據參數均與施工現場和設計圖紙中的數據參數匹配，所述模擬數據包括各設備、材料的尺寸、材料屬性和施工條件，所述有限元分析模型中包括斜拉索模型、主梁模型、待澆混凝土梁模型和施工掛籃模型； 502:對施工過程進行仿真模擬，得到所述待澆筑的混凝土梁模型施工后的形變位移變化量，所述形變位移變化量由模擬軟件自動計算生成； 在所述步驟S02中，還包括將施工過程根據常規的斜拉橋施工階段劃分成若干模擬工況階段，所述模擬工況階段包括混凝土澆筑工況階段、預應力張拉工況階段、斜拉索工況階段和掛籃移動工況階段； 在所述步驟S02中，在混凝土澆筑工況階段，將施工中的混凝土梁模擬成若干個虛單元，掛籃模擬成若干個掛籃單元，每個所述虛單元和掛籃單元各設有兩個節點，相鄰的兩個虛單元或掛籃單元共用一個節點，仿真模擬的混凝土澆筑過程中，虛單元的節點與掛籃單元的節點耦合連接； 503:根據所述形變位移變化量計算理論預拱度； 504:根據所述步驟S03計算得到的所述理論預拱度進行施工。
2.如權利要求I所述的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，其特征在于所述虛單元在虛單元的節點與掛籃單元的節點耦合連接的過程中，忽略其剛度和重量。
3.如權利要求I所述的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，其特征在于所述S01、S02步驟均在有限元分析軟件中進行。
4.如權利要求I所述的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，其特征在于所述的理論預拱度通過將所述形變位移變化量反向而不改變其數值得到。
5.一種大跨徑混凝土斜拉橋，其特征在于包括主梁、主塔和若干斜拉索，所述主塔與所述主梁互相垂直連接，所述斜拉索斜向連接所述主塔和所述主梁，所述大跨徑混凝土斜拉橋采用如權利要求1-4中任意一項大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法進行施工的。
6.一種預拱度計算方法，其特征在于采用如權利要求1-4中任意一項的大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法中的步驟SOI、S02和S03計算預拱度。
全文摘要
本發明提供了一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，一種大跨徑混凝土斜拉橋的施工控制方法，其特征在于包括如下步驟S01采集施工現場數據，并以此在模擬軟件中建立斜拉橋有限元分析模型；S02對施工過程進行仿真模擬，得到所述待澆筑的混凝土梁模型施工后的形變位移變化量；S03根據所述形變位移變化量計算理論預拱度；S04根據所述步驟S03計算得到的所述理論預拱度進行施工。本發明通過采集施工現場的數據，并以此建立有限元模型，真實模擬混凝土在施工過程中產生的形變，尤其引入了對施工掛籃的模擬，進而通過計算得到理論預拱度，最終將其實施到施工現場。
文檔編號G06F17/50GK102880769SQ20121040781
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者宋勝錄, 伍小平, 陳禮忠, 趙一鳴, 陳晉, 陳晨, 黎奎奎 申請人:上海建工集團股份有限公司