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1、特大跨度斜拉桥施工几何控制原理的数值验证黄灿,卜一之,张清华(西南交通大学土木工程学院,成都610031)[摘要]以苏通长江大桥为研究对象,通过数值仿真分析验证了几何控制原理的正确性。通过对施工过程中临时荷载和环境温度对于结构线形影响的系统分析和研究结果表明,在考虑施工全过程几何非线性影响的条件下,临时荷载及环境温度等因素仅影响施工过程中的结构状态,基本不影响成桥的结构线形和内力状态,几何控制原理适用于超大斜拉桥施工控制,采用几何控制原理能够获得良好的施工控制结果。[关键词]斜拉桥;几何控制;几何非线性;数
2、值验证[中图分类号]U445[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2009)01-0087-05[2]结果的条件下具有明显优势,其初步研究成果在1前言包括诺曼底大桥和多多罗大桥等多座大跨度斜拉桥目前在国内斜拉桥的施工控制方法主要可分为施工控制中得到了成功应用,取得了良好的控制结[3,4]开环控制、闭环控制和自适应控制。而在具体的斜果。国内在跨度1088m的超大跨度斜拉拉桥施工过程中主要采用的是斜拉索的索力控制和桥———苏通大桥施工控制中以几何控制和全过程控[1]主梁标高控制的“双控”方式。超大跨度
3、斜拉桥制为指导原则,发展了基于几何控制的大跨度斜拉结构体系复杂,施工工序繁多,施工工期长,对控制桥施工全过程自适应控制系统,成功实现了该桥的质量要求高,施工控制难度大,多种因素均会导致误高质量施工控制。笔者以苏通大桥为研究对象,通差累积,误差调整困难,施工误差更易于导致施工过过数值仿真分析验证了几何非线性条件下几何控制程和结构运营期的安全隐患,因而对施工控制方法原理的正确性。提出了更高的要求。2几何控制的基本原理经过多年的发展,斜拉桥施工控制技术取得了长足进步,在施工控制理论与方法上进行了大量探几何控制是指
4、通过精确控制结构构件的无应力索,逐步形成了相对完善的施工控制系统,为促进斜尺寸与形状来达到控制桥梁结构最终线形和内力目拉桥的发展起到了至关重要的作用。但由于超大跨的的一类控制方法。其理论基础可以概括为:几何度斜拉桥结构本身的特性及其施工控制面临的挑体系一定的弹性结构在某一时刻的内力和变形状态战,在既有施工控制方法的基础上,结合几何控制、唯一地取决于此刻结构所受的作用体系,而与此前全过程控制等先进的控制理念进一步发展完备的施结构构件的安装历程、作用的施加和变迁历程无关。工控制方法是必要的。几何控制理念在斜拉索
5、索力其根本原因在于各时刻的结构内力与变形状态可以和主梁标高等几何及物理状态测试难以获得高精度由静力平衡方程和变形协调方程唯一地确定,而这[收稿日期]2008-11-15[基金项目]国家科技支撑计划项目(2006BAG04B03)[作者简介]卜一之(1961-),男,北京市人,西南交通大学土木工程学院教授,工学博士,主要研究方向为桥梁结构空间行为及大型桥梁施工控制与健康监测;E2mail:yizhibu@163.com2009年第11卷第1期87两类方程又由此时结构的几何体系与作用体系唯一大跨度斜拉桥施工控制
6、的适用性。具体分析步骤地确定。为:a.考虑施工全过程几何非线性效应,以结构设从几何控制的理论基础可以看出,几何控制适计参数为基准状态计算得到的索塔及主梁无应力线应于几何体系的弹性结构。由于特大跨度斜拉桥结形和斜拉索无应力长度的几何指标作为计算分析的构体系几何非线性效应非常明显,对于该类结构需初始值;b.进行施工全过程数值仿真分析,列出中验证在施工过程非确定性因素诸如温度变化和临时跨合龙前工况对结构状态的影响,并根据几何控制荷载作用下几何控制原理是否依然适用。理念进行调整以保证合龙段梁段的几何相对关系并几何控
7、制原理在斜拉桥施工控制中的成功应用进行中跨合龙;c.中跨合龙完毕,当调整方式和计有赖于如下基本条件:a.获取索塔及主梁无应力线算条件恢复到设计基准状态时,列出其相对基准成形和斜拉索无应力长度时所采用的结构设计参数与桥状态下对主梁线形和索塔塔顶偏位的影响。施工时的实际结构参数相同;b.在构件制造和架设3数值验证及其结果分析拼装过程中不改变关键构件的无应力线形。上述条件无法满足的条件下可采用自适应控制采用西南交通大学桥梁工程系研发的大跨度桥原理在施工过程中进行相应修正。基于上述两个基梁结构非线性分析系统计算专用
8、分析软件NLABS,本假定,以苏通长江公路大桥为研究对象,考虑施工对苏通大桥结构进行仿真分析,其结构离散图过程中作用的大小和外界环境温度发生变化为计算如图1所示。分析条件,以数值分析的方式来探讨几何控制在特图1苏通长江公路大桥结构离散图Fig.1StructuralmodelofSutongYangtzeRiverHighwayBridge3.1作用施加的大小由于施工过程中施工临时荷载数目众多,以典型的临时荷载吊
