基于应力可行域法的斜拉桥合理成桥状态确定

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1、76世界桥梁2014，42(3)基于应力可行域法的斜拉桥合理成桥状态确定姜涛。，陈亮。，张哲，邱文亮(1．大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116023；2．大连理工大学建筑设计研究院有限公司，辽宁大连116023；3．大连普湾新区城市建设管理与行政执法局，辽宁大连116600)摘要：现有确定斜拉桥合理成桥状态的方法主要有影响矩阵法和分布算法，但各自都有其局限性，鉴于此，提出将最小弯曲能量法和应力可行域法相结合形成分布算法，确定斜拉桥合理成桥状态。首先计算主梁恒载下的应力及其所有可变作用效应的应力包络图；其次根据预应力产生

2、的应力和主梁可变作用效应的应力包络图，分别计算出主梁截面上、下缘在恒载作用下的应力可行域，形成应力判别图；然后根据应力判别图中主梁恒载应力与应力可行域的相互关系，调整成桥索力，使主梁恒载应力落在应力可行域中居中的位置，得到合理成桥状态。将该方法应用于一座单塔斜拉桥，计算结果表明该方法方便有效，整个优化过程将定性判断和定量判别相结合，优化效果直观。关键词：斜拉桥；应力可行域；戍桥状态；应力包络图；恒栽；索力中图分类号：U448．27文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)03—0076—041引言小弯曲能量法相

3、结合，进一步优化索力，以达到确定斜拉桥是高次超静定结构，斜拉索索力的变化合理成桥受力状态的目的。鉴于此，本文提出采用能够显著影响斜拉桥主梁和桥塔的受力状态，因此应力可行域与最小弯曲能量法相结合的方法，用来通常可以通过优化成桥索力来优化成桥合理内力状确定斜拉桥成桥合理受力状态，并以一座单塔斜拉态。确定斜拉桥成桥受力状态的方法有多种[1，桥的设计为例，阐述了该方法的工程应用。其中最小弯曲能量法因其概念清晰、计算简便得到广泛应用_2]，然而该方法很难考虑活载和预应力的2应力可行域影响，导致得到的成桥索力以及相应的成桥状态往在结构

4、体系已初步确定的情况下，各项可变作往不是最优的。为避免最小弯曲能量法的局限性，用效应均可求出，将永久作用中的混凝土收缩徐变学者基于最小弯曲能量法探索出影响矩阵法_l和影响当成一种可变作用来处理，则主梁在作用效应分布算法[4]，来确定斜拉桥合理成桥状态。影响矩组合下的应力为：阵法是通过广义影响矩阵概念，将斜拉桥优化的目一d++h(1)标函数统一用索力变量与广义影响矩阵表示，从而式中，为恒载(除预应力外)产生的主梁截面法向实现了用一种方法对多种目标函数进行优化的目应力；为全部有效预加力产生的主梁截面法向应的，但该方法一方面需要

5、人为给出各构件的优化加力；为所有可变作用产生的主梁截面法向应力包权量，另一方面没有考虑构件柔度对弯曲能量吸收络。其中应力以拉为正、压为负，各项应力均为同一的权重，这两方面有可能导致优化后结果并不理想。截面同一高度处(下同)。主梁应力受到混凝土材分布算法是在最小弯曲能量法基础上用弯矩可行域料自身的允许应力控制，则主梁截面应力应满足如来判断结构受力合理与否，因为主梁受力最终还要下条件：受到混凝土材料自身允许拉、压应力的控制，由此计一[]≤≤[1](2)算主梁弯矩可行域就要经过主梁应力与弯矩的转化因此一[口]≤++≤[d。](3

6、)过程，但主梁温度梯度下的自应力只产生应力不产式中，[]为混凝土允许的压应力；I-o。]为混凝土允生弯矩，无法直观地看出各项作用对主梁影响的大许的拉应力。小。因此需要找出更为有效的配套方法，使之与最O'hmax和O'hmin分别为主梁可变作用组合下应力包收稿日期：2014—01—15作者简介：姜涛(1981一)，男，工程师，2004年毕业于大连理工大学土木工程专业，获学士学位，2007年毕业于大连理工大学桥梁与隧道工程专业。获硕士学位(E—mail：dlutjiangtao@126．corn)。基于应力可行域法的斜拉桥合理

7、成桥状态确定姜涛，陈亮，张哲，邱文亮77络的最大值和最小值，则由公式(3)可得：域中尽量居中的位置，这样便得到了成桥合理受力一[]一一≤d≤[1]一一h(4)状态。令1一～EoA—O'y—IThi0"2一I-a1]一O'y一(8)如果索力调整始终无法使主梁恒载作用下则1≤≤2(5)应力全部落在应力可行域当中，则需要修改结构的式中，与分别为主梁某一截面恒载下容许应力基本数据(结构尺寸和材料参数等)，再转入第的下限值和上限值，二者的区间认为是主梁的“应力(2)步。可行域”，由此主梁恒载下截面上、下缘应力可行域为：4工程应用4．

8、1结构总体设计主梁截面上缘{一_二—ITsy一(6)l2La1J一v一。hma某一正在设计的PC斜拉桥，初步拟定参数为：孔跨布置为(86+86)m，桥梁全长172m，桥面宽度主梁截面下缘{【一'二a：a一y一(7)口2一La1J一y一h⋯38m；采用独塔单索面预应力混凝土斜拉桥形式，因此当主梁恒载下截面