无应力状态法的肋拱桥拱肋节段分肋安装施工控制方法与流程

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种无应力状态法的肋拱桥拱肋节段分肋安装施工控制方法。

背景技术：

无应力状态控制法是解决桥梁结构分阶段施工的理论方法，通过建立分阶段施工结构的力学平衡方程，从理论上阐明桥梁构件单元的无应力状态量是影响分阶段施工结构内力和位移的本质因素，并得出无应力状态控制法原理：在结构外荷载、结构体系、支承边界条件、单元无应力长度、无应力曲率一定的情况下，其对应的结构内力和位移是惟一的，与结构的形成过程无关。

大跨径肋拱桥受缆索吊装系统起吊能力的限制，拱圈节段采用分肋吊装的施工方法；为了保证拱圈施工期间的稳定性，随着拱肋安装，肋间横系梁也依次施工。由于横系梁的影响，一侧拱肋安装并张拉对应扣锚索后，相邻的拱肋也会随之移动。为了保证后继横系梁水平安装，这就要求对每个拱肋节段施加恰当的索力和合适的预抬量，使肋间横系梁安装时，各条拱肋位于同一水平位置。在已有的技术方法中，采用循环迭代的方法来计算索力和预抬量，存在着计算耗时、精度低的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种无应力状态法的肋拱桥拱肋节段分肋安装施工控制方法，以解决现有技术中计算耗时、精度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：无应力状态法的肋拱桥拱肋节段分肋安装施工控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立肋拱桥拱肋节段施工整体有限元模型，提取整体有限元模型的拱肋单元格节的拱肋上扣索扣点坐标扣塔上扣索扣点坐标和拱肋节点坐标

步骤二：通过拱肋上扣索扣点坐标和扣塔上扣索扣点坐标计算整体有限元模型对应于目标成桥状态的最大悬臂状态下各拱肋节段扣索索力及扣索有应力长度

步骤三：通过扣索索力和扣索有应力长度计算扣索无应力长度

步骤四：通过扣索无应力长度建立肋拱桥拱肋节段施工分阶段有限元模型；

步骤五：通过分阶段有限元模型，计算拱肋节点安装坐标和拱肋上扣索扣点坐标且通过坐标变换确保拱肋节段无应力状态量不变，计算拱肋安装位置采用公式为：

其中，δx^i,n,δy^i,n,δδ^i,n为拱肋单元悬臂端位移；

步骤六：通过拱肋上扣索扣点坐标和扣塔上扣索扣点坐标计算当前拱肋对应扣索的挂索长度

步骤七：通过上述步骤，安装拱肋单元及安装对应的扣索单元，对扣索单元施加温度荷载的方法模拟扣索张拉，张拉量为：扣索的挂索长度-该扣索无应力长度，得到扣索索力和对应拱肋节段位移；

步骤八：根据步骤七的计算结果，进行拱肋节段安装和扣索张拉；

步骤九：按步骤八进行后继拱肋节段安装和扣索张拉。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：1、更好地适应分肋安装控制的需要，提高施工控制的准确度，且可靠性高、计算速度快、精度高；2、扩展了该方法在肋拱桥施工领域的适用范围，有力推动该方法的工程应用，提高工程施工效率，增加经济效益；3、此方法不仅能用于双肋拱分肋安装情况，也能用于多肋拱分肋安装情况，应用范围广。

附图说明

图1为本发明施工控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的三肋拱桥施工整体有限元模型；

图3为本发明实施例的最大悬臂状态下三肋拱桥施工有限元模型；

图4为本发明实施例的肋拱桥拱肋节段分肋施工有限元模型；

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本实施例采用图1中施工控制方法，以一座三肋拱桥，第一节段三片拱肋已施工完成，分肋施工第二节段的三片拱肋，进行施工控制说明：

步骤一：建立一座三肋拱桥施工整体有限元模型，如图2所示，提取第二节段第一片拱肋上扣索扣点坐标扣塔上扣索扣点坐标和拱肋节点坐标(x^1,1,y^1,1)。

计算1#扣索几何长度：

步骤二：计算对应于目标成桥状态的最大悬臂状态下各拱肋节段对应的扣索索力及扣索有应力长度如图3所示；

步骤三：计算1#扣索无应力长度

中，e为扣索弹性模量，a为各扣索截面积；

步骤四：建立肋拱桥拱肋节段分阶段施工有限元模型，如图4所示；

步骤五：安装第一片拱肋，该拱肋安装坐标扣索扣点坐标

式中，δx^2,1,δy^2,1,δδ^2,1为已安装的第一节段中第一片拱肋单元悬臂端位移；

步骤六：计算第一根扣索挂索长度

步骤七：安装拱肋和扣索，并对扣索单元施加温度荷载模拟扣索张拉，温度荷载δt^2,1：

中，α为扣索材料的线膨胀系数；

步骤八：计算第一条拱肋的预抬量和扣索索力，进行该拱肋施工；

按步骤五至步骤八的方法，进行后继拱肋单元施工。

采用本方法与传统的循环迭代法分别进行某400m跨径3肋钢桁桥分肋安装仿真计算。采用传统的循环迭代法，在设定恰当初始值的前提下，需要循环迭代3次以上；采用本方法只需计算一次，就到同样计算精度。可以得出，本方法与常用的循环迭代的方法相比：计算速度快，且能够保证计算精度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。