一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法及控制方法与流程

本发明涉及拱肋斜拉扣挂系统施工组织，特别涉及一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法及控制方法。

背景技术：

1、斜拉扣挂无支架施工方式，被广泛的应用于钢管拱桥、钢箱拱桥、钢管混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥中，是拱桥节段拼装的重要施工方式，特别在大跨拱桥施工中，优势显著。

2、斜拉扣挂无支架施工方式需要应用到斜拉扣挂系统，扣塔是组成斜拉扣挂系统的关键结构，用于起到荷载转换、临时固定拱肋节段的作用，扣塔在使用过程中，除受到环境因素(风荷载、温度作用)影响外，影响最大的是扣塔与拱肋相接的扣索、扣塔与地面相接的背索的索力张拉过程，扣索与背索一般均采用千斤顶进行张拉，但受限于千斤顶行程与结构安全性控制，一般不能一次张拉到位，需要分级张拉，以尽可能的使扣塔处于力平衡状态，但是，索力张拉的分级越多，势必会增加施工时间和设备调动次数，给施工带来不利影响，因此，需要在结构安全容许的条件下，尽可能减少索力张拉次数，并在张拉过程中对扣塔尽可能多的部位进行监测，以确保对应张拉方案下的扣塔安全性。

3、目前扣塔的安全性控制主要注重于塔顶偏位和塔底的应力，但是，对于类似分布受力的悬臂结构，扣塔的最大偏位不一定在塔顶，同时，由于弯矩的作用，扣塔的最大应力也不一定出现在塔底，且由于实际扣塔在塔底的连接较为复杂，多有应力集中现象，因此，张拉方案如果仅以塔底的应力作为唯一指标进行监测，会产生较大误差，影响张拉方案下的扣塔安全性。

4、因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有拱肋斜拉扣挂系统的扣塔不平衡索力张拉过程的张拉方案和监测指标不适宜，不能为斜拉扣挂系统安全、高效施工提供最优参考和指导，影响扣塔安全性的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有拱肋斜拉扣挂系统的扣塔不平衡索力张拉过程的张拉方案和监测指标不适宜，不能为斜拉扣挂系统安全、高效施工提供最优参考和指导，影响扣塔安全性的技术问题，提供了一种扣塔不平衡索力张拉的方案确定方法及控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，包括如下步骤：

4、s1、通过拱肋-扣塔-拉索组成的结构计算模型或软件求解，获取当前施工阶段的索力影响矩阵，所述索力影响矩阵包括结构响应影响系数以及前一施工阶段结构响应的累积；

5、s2、通过索力模块建立不平衡索力数据库，所述不平衡索力数据库包括若干不平衡索力组合，每一组合对应一个不对称张拉方案；

6、s3、基于所述索力影响矩阵和所述不平衡索力数据库，计算获取张拉全过程结构响应；

7、s4、根据结构响应约束条件，筛选出符合条件的不平衡索力组合，确定不平衡索力组合可行域；

8、s5、在不平衡索力组合可行域中确定当前施工阶段的最优张拉方案。

9、本发明的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，通过拱肋斜拉扣挂系统在各施工阶段的索力张拉值，结合有限元模型获取索力影响矩阵或直接导入索力影响矩阵，计算确定无条件约束情况下，不同张拉索力及索力差值情况下的关键部位结构响应，在给定约束条件下，确定容许的索力张拉工艺和最优张拉方案，使张拉方案能够满足结构响应约束条件，确保扣塔在当前施工阶段的安全性。

10、作为本发明的优选方案，还包括s6、汇总各施工阶段的最优张拉方案，确定斜拉扣挂系统不平衡索力张拉方案。确保扣塔在各施工阶段的安全性。

11、作为本发明的优选方案，s1中，所述结构计算模型基于有限元要素数据库、结构尺寸数据库和施工组织数据库建立，所述索力影响矩阵通过在所述结构计算模型中施加索力单位荷载获得。其优势是可以得到扣塔任意位置、任意截面的结构响应物理量对于索力的影响矩阵。

12、作为本发明的优选方案，s1中，结构响应影响系数包括扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时的结构响应，结构响应的物理量包括扣索张拉终值、背索张拉终值以及扣塔重点部位的轴力、弯矩、应力和偏位。

13、作为本发明的优选方案，s2中，所述不平衡索力数据库根据索力张拉终值，按等差数列分别罗列扣索张拉值和背索张拉值，并一一组合获得。

14、作为本发明的优选方案，s3中，结构响应的物理量y＝c1×f1+c2×f2+c0，式中，c1、c2分别为考虑吊重系数后，扣索单位力、背索单位力单独作用时的结构响应；f1为扣索初拉力；f2为背索初张力；c0为考虑吊重系数后前一施工阶段结构响应的累积。

15、作为本发明的优选方案，式中，a1、a2、a3分别为扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时的结构响应，b1、b2、b3分别为扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时控制点竖向偏位响应，g0为前一施工阶段结构响应的累积，u为控制点竖向位移。

16、作为本发明的优选方案，s4中，结构响应约束条件包括应力条件和/或裂缝边界条件和/或承载能力边界条件。

17、作为本发明的优选方案，s5中，所述最优张拉方案根据张拉路径的转折数量和张拉路径到可行域边缘的距离综合确定，或，通过将初拟张拉方案放置到可行域中进行验证确定。

18、一种扣塔不平衡索力张拉的控制方法，采用如上所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法获取每一施工阶段的最优张拉方案，基于所述最优张拉方案确定各施工阶段扣塔结构响应最大值作为监控指标，并参照所述监控指标进行扣塔不平衡索力张拉的控制。

19、本发明的一种扣塔不平衡索力张拉的控制方法，基于最优张拉方案计算确定各施工阶段的监控指标，为拱桥的斜拉扣挂系统安全、高效施工提供参考和指导，使拱肋斜拉扣挂系统的设计和施工科学合理，安全可行。

20、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法的有益效果是：

21、通过拱肋斜拉扣挂系统在各施工阶段的索力张拉值，结合有限元模型获取索力影响矩阵或直接导入索力影响矩阵，计算确定无条件约束情况下，不同张拉索力及索力差值情况下的关键部位结构响应，在给定约束条件下，确定容许的索力张拉工艺和最优张拉方案，使张拉方案能够满足结构响应约束条件，确保扣塔在当前施工阶段的安全性；

22、本发明的一种扣塔不平衡索力张拉的控制方法，基于最优张拉方案计算确定各施工阶段的监控指标，为拱桥的斜拉扣挂系统安全、高效施工提供参考和指导，使拱肋斜拉扣挂系统的设计和施工科学合理，安全可行。

技术特征：

1.一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，还包括s6、汇总各施工阶段的最优张拉方案，确定斜拉扣挂系统不平衡索力张拉方案。

3.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s1中，所述结构计算模型基于有限元要素数据库、结构尺寸数据库和施工组织数据库建立，所述索力影响矩阵通过在所述结构计算模型中施加索力单位荷载获得。

4.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s1中，结构响应影响系数包括扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时的结构响应，结构响应的物理量包括扣索张拉终值、背索张拉终值以及扣塔重点部位的轴力、弯矩、应力和偏位。

5.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s2中，所述不平衡索力数据库根据索力张拉终值，按等差数列分别罗列扣索张拉值和背索张拉值，并一一组合获得。

6.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s3中，结构响应的物理量 ，式中，c1、c2分别为考虑吊重系数后，扣索单位力、背索单位力单独作用时的结构响应；f1为扣索初拉力；f2为背索初张力；c0为考虑吊重系数后前一施工阶段结构响应的累积。

7.如权利要求6所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，，式中，a1、a2、a3分别为扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时的结构响应，b1、b2、b3分别为扣索单位力、背索单位力、拱肋节段自重单独作用时控制点竖向偏位响应，g0为前一施工阶段结构响应的累积，u为控制点竖向位移。

8.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s4中，结构响应约束条件包括应力条件和/或裂缝边界条件和/或承载能力边界条件。

9.如权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法，其特征在于，s5中，所述最优张拉方案根据张拉路径的转折数量和张拉路径到可行域边缘的距离综合确定，或，通过将初拟张拉方案放置到可行域中进行验证确定。

10.一种扣塔不平衡索力张拉的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法获取每一施工阶段的最优张拉方案，基于所述最优张拉方案确定各施工阶段扣塔结构响应最大值作为监控指标，并参照所述监控指标进行扣塔不平衡索力张拉的控制。

技术总结
本发明涉及拱肋斜拉扣挂系统施工组织技术领域，特别涉及一种扣塔不平衡索力张拉的张拉方案确定方法及控制方法，其张拉方案确定方法通过拱肋斜拉扣挂系统在各施工阶段的索力张拉值，结合有限元模型获取索力影响矩阵或直接导入索力影响矩阵，计算确定无条件约束情况下，不同张拉索力及索力差值情况下的关键部位结构响应，在给定约束条件下，确定容许的索力张拉工艺和最优张拉方案，使张拉方案能够满足结构响应约束条件，确保扣塔在当前施工阶段的安全性，其控制方法基于最优张拉方案计算确定各施工阶段的监控指标，为拱桥的斜拉扣挂系统安全、高效施工提供参考和指导，使拱肋斜拉扣挂系统的设计和施工科学合理，安全可行。

技术研发人员：赵艳,商从晋,张晓宇,凌塑奇,廖宸锋,李智刚
受保护的技术使用者：广西交通设计集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12