提篮系杆拱桥之索力优化的分析.pdf

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1、低温建筑技术2010年第3期(总第141期)提篮系杆拱桥之索力优化的分析沈大为(同济大学桥梁工程系，上海200092)【摘要】文中针对沪宁客运专线128m提篮系杆拱桥，分别采用刚性支撑连续梁法和弯曲能量最小法进行了索力优化。计算结果表明：采用刚性支撑连续梁法时，结构优化效应较弯曲能量最小法稍差，拱桥结构主要承受轴力作用，在局部出现较大的弯矩，但结构的各截面均处于小偏心受压状态，结构整体受力状态良好，吊杆张拉力分布也很均匀。对于采用满堂支架施工的系杆拱桥，推荐采用此法来进行索力优化。【关键词】提篮拱桥；索

2、力优化；尼尔森体系【中图分类号】TU323．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)03一O068—03索力优化对于带拉索工作的内部超静定结构，当束条件下求解目标函数最值的问题。支撑边界条件不变时，索力状态直接决定了结构在恒2实例计算载作用下的受力状态，不同的索力状态对应着不同的2．1工程概况结构内力状态。求解某一索力状态，使结构的内力状武广客运专线128m钢管混凝土提篮系杆拱桥全态更为合理的过程就叫做索力优化。在斜拉桥和中长132m，计算跨径128m，为双线高速铁路桥，设计荷载下承

3、式拱桥的设计与施工过程中，经常会遇到索力优为ZK活载。主桥布置为刚性系梁刚性拱，尼尔森体化的问题。系，吊杆编号见图1。拱肋采用悬链线，矢跨比为1：5，1索力优化的常用方法拱轴系数m=1．347。拱圈横截面为哑铃形钢管混凝设定不同的结构内力状态合理性的评价指标，可土，钢管外径1．2m，见图2。拱肋向内倾斜9度，两拱以得到不同的索力优化方法。常用方法：刚性支撑连肋在拱顶处的间距为7．846m，在拱脚处的间距为续梁法、零位移法、内力平衡法、弯曲能量最小法、弯矩16．2m。吊杆间距为8m，由127#7的平行钢丝

4、束组成。最大值最小法、用索量最小法和最大偏差最小法等。两拱肋间共设置5处横撑，其中拱顶处设置一字撑，其(1)刚性支承连续梁法：其基本原理是把拉索提余的均采用K字撑。主梁截面为单箱三室箱型截面，供的弹性竖向支承视为刚性的竖向支承，将主梁视为梁高2．5m；桥面在一般段宽17．8m，拱脚处加宽至连续梁，对结构做一次落架静力分析，求出这些刚性18．8m。支承的反力，并将其作为拉索的竖向分力。该方法的系梁采用满布支架施工，钢管拱肋在系梁上搭设特点是主梁的弯矩很小，但忽略了拉索的弹性变形。支架拼装合拢，最后安装吊杆

5、，拆除支架，即采用先梁(2)零位移法：该法通过选择合理索力以使成桥后拱的方法施工。状态结构在恒载作用下，索梁交点处位移为零。这种方法由于受力原理与刚性支承连续梁法类似，因此结果很一致，但此法计人了吊杆的水平分力的影响，计算结果更为合理。(3)内力平衡法：基本原理：确定合理的恒载索图1吊杆编号力，以使结构各控制截面在恒、活载作用下，拱肋上、下缘具有相同的应力储备，材料被充分利用，截面各点受力均匀。内力平衡法全面考虑了恒、活载的共同作用，概念明确，数学模型简单，编程相对容易，能充分利用材料的承载能力，对截面

6、上、下缘承载能力相同的拱肋如钢拱，用本法求解合理索力比较合理。(4)其它方法：除了以上三种索力优化方法外，常用的还用弯曲能量最小法、弯矩最大值最小法、用索量最小法和最大偏差最小法等。这些方法分别设图2拱肋横截面图(单位：∞)立不同的目标函数，将索力优化问题转化为在某一约沈大为：提篮系杆拱桥之索力优化的分析2．2计算结果(1)刚性支撑连续梁法。建立128m提篮系杆拱桥之系梁的连续梁模型(图3)，在吊杆与系梁交点处设以刚性支撑，施工阶段信息与全桥模型相一致，计算出支点反力，利用吊杆的竖向分力与刚性支点反力相

7、等的条件，可以确定吊杆的最优索力，结果见表1与图4。结构优化效应见图5。)轴力图图5结构优化效应(剐性支撑连续梁法)图3剐性支撑连续梁模型期，通过迭代计算得到吊杆的施工张拉力，结果见表1与图6。表1吊杆索力优化结果单根索张力／kN400o吊杆编号剐性支撑连续梁法弯曲能量最小法z30001Ilnf、2000^●●^l，、，、八，、、．100o，、，、，、，、OI◆’’◆】吊杆编号O24681O1214图6吊杆索力优化结果(弯曲能量最小法)(a)弯矩图(b)轴力图图7结构优化效应(弯曲能量最小法)计算结果表

8、明：在吊杆施工时，如果按照弯曲能40O0量最小法优化计算得到的吊杆力来张拉吊杆，拱桥结Z30001I构基本上只受轴力作用，仅仅在拱脚附近出现较小的lII髅-R2000．f、弯矩与剪力。但是表1与图6显示，吊杆力离散性过^●●^，l，、，、八，、f．大，吊杆张拉力最大值为3518kN，最小值为67kN，不仅1000，、，、，、，、fTT浪费吊杆材料而且在使用过程中，受力最大的吊杆损l◆◆1坏概率最大，且作为全桥的控制吊杆，一旦失效，会产生过大