本发明涉及桥梁施工技术领域，更为具体地，涉及一种桥梁预应力分析方法及系统。
背景技术：
预应力混凝土桥的预应力是桥梁上部结构的重要组成部分。预应力束的恰当布置，不仅能够使结构的跨越能力出现飞跃，使工程质量提高，而且可大幅度减轻结构自重，使结构变得美观轻巧，从而节约大量钢材和混凝土。反之如果预应力配置不当，不仅浪费材料，而且还会造成混凝土结构开裂，甚至破坏的严重后果，因此预应力配置对工程具有重要的意义。
尤其是大跨度预应力混凝土桥梁，在施工过程中通常造成的预应力损失比按设计规范的预应力损失要大，甚至在长索拉张时出现预应力损失过大，甚至有时长索拉张后沿程损失殆尽。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种提高设计精度的桥梁预应力分析系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种桥梁预应力分析系统，包括：
参数设定部，设置未施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数、预压应力施加方法；
桥梁模拟部，根据所述设计参数构建桥梁的三维模型；
预应力损失模型构建部包括：第一模型构建模块，构建预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的应力损失的第一模型σs1；第二模型构建模块，构建锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失的第二模型σs2；第三模型构建模块，构建预应力筋和台座间温差引起的应力损失的第三模型σs3；第四模型构建模块，构建混凝土弹性压缩引起的应力损失的第四模型σs4；第五模型构建模块，构建预应力筋松弛引起的应力损失的第五模型σs5；第六模型构建模块，构建混凝土收缩和徐变引起的应力损失的第六模型σs6；
有效预应力模型构建部，根据参数设定部选择的预压应力施加方法，按照施工阶段对预应力损失模型构建部构建的不同模型进行组合得到不同阶段的预应力损失组合模型，从而结合锚下张拉控制应力得到不同阶段的有效预应力模型，其中，当预应力施加方法选择先张法时，预加应力阶段的预应力损失组合模型
知识库，存储已经施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数以及已经施工桥梁的预应力损失模型的模型参数，所述模型参数包括采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ；
匹配部，根据设计参数和预应力体系参数将未施工的桥梁与已经施工的桥梁进行匹配，得到与未施工桥梁相似的已施工桥梁；
模型参数获得部，通过相似的已施工桥梁的模型参数在设定范围内调整未施工模型的模型参数。
根据本发明的另一个方面，提供一种桥梁预应力分析方法，包括：
设置未施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数、预压应力施加方法；
根据所述设计参数构建桥梁的三维模型；
构建预应力损失模型，包括：构建预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的应力损失的第一模型σs1；构建锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失的第二模型σs2；构建预应力筋和台座间温差引起的应力损失的第三模型σs3；构建混凝土弹性压缩引起的应力损失的第四模型σs4；构建预应力筋松弛引起的应力损失的第五模型σs5；构建混凝土收缩和徐变引起的应力损失的第六模型σs6；
根据预压应力施加方法，按照施工阶段对不同模型进行组合，得到不同阶段的预应力损失组合模型，从而结合锚下张拉控制应力得到不同阶段的有效预应力模型，其中，当预应力施加方法选择先张法时，预加应力阶段的预应力损失组合模型
存储已经施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数以及已经施工桥梁的预应力损失模型的模型参数，所述模型参数包括采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ；
根据设计参数和预应力体系参数将未施工的桥梁与已经施工的桥梁进行匹配，得到与未施工桥梁相似的已施工桥梁；
通过相似的已施工桥梁的模型参数在设定范围内调整未施工模型的模型参数。
本发明所述桥梁预应力分析系统不同的预压应力施加方法和不同的施工阶段具有不同的预应力损失组合模型，且通过已经施工桥梁和未施工桥梁的匹配，可以对未施工桥梁的模型参数的设计值进行调整，大大提高了设计值的准确性。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1是本发明所述桥梁预应力分析系统的构成框图；
图2是本发明所述线预应力孔道摩阻实验的示意图；
图3是本发明所述桥梁预应力分析方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1是本发明所述桥梁预应力分析系统的构成框图，如图1所示，本发明所述桥梁预应力分析系统包括：
参数设定部1，设置未施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数、预压应力施加方法，所述设计参数包括跨径、结构横载、分阶段施工流程、施工梁段的划分等，所述预应力体系参数包括：预应力张拉、混凝土收缩徐变、温度变化、施工载荷等，所述预压应力施工方法包括先张法和后张法；
桥梁模拟部2，根据所述设计参数构建桥梁的三维模型，例如采用有限元分析构建桥梁的三维模型；
预应力损失模型构建部3包括：第一模型构建模块31，构建预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的应力损失的第一模型σs1；第二模型构建模块32，构建锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失的第二模型σs2；第三模型构建模块33，构建预应力筋和台座间温差引起的应力损失的第三模型σs3；第四模型构建模块34，构建混凝土弹性压缩引起的应力损失的第四模型σs4；第五模型构建模块35，构建预应力筋松弛引起的应力损失的第五模型σs5；第六模型构建模块36，构建混凝土收缩和徐变引起的应力损失的第六模型σs6；
有效预应力模型构建部4，根据参数设定部选择的预压应力施加方法，按照施工阶段对预应力损失模型构建部构建的不同模型进行组合得到不同阶段的预应力损失组合模型，从而结合锚下张拉控制应力得到不同阶段的有效预应力模型，其中，当预应力施加方法选择先张法时，预加应力阶段的预应力损失组合模型
知识库5，存储已经施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数以及已经施工桥梁的预应力损失模型的模型参数，所述模型参数包括采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ；
匹配部6，根据设计参数和预应力体系参数将未施工的桥梁与已经施工的桥梁进行匹配，得到与未施工桥梁相似的已施工桥梁；
模型参数获得部7，通过相似的已施工桥梁的模型参数在设定范围内调整未施工模型的模型参数。
在本发明的一个实施例中，第一模型构建模块31根据下式(3)构建第一模型，
σs1＝σcon[1-e-(μθ+kx)](3)
其中，σcon为锚下张拉控制应力，x为从张拉端至计算截面的管道长度在构件纵轴上的投影长度或为三维空间曲线管道长度，θ为从张拉端至计算界面间管道平面曲线的夹角之和。
第二模型构建模块32根据下式(4)构建第二模型，
其中，δl为锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值之和，l为预应力筋束的有效长度，ep预应力筋束的弹性模量。
第三模型构建模块33根据下式(5)构建第三模型，
σs3＝α(t2-t1).ep(5)
其中，α为预应力筋的线膨胀系数。
在本发明的一个实施例中，上述桥梁预应力分析系统还包括第一模型判定部8，采用获得模型参数的预应力损失组合模型计算预应力索各位置的损失，计算索的延伸量偏差，与实测值比较，判定预应力损失组合模型的合理性。
在本发明的另一个实施力中，桥梁预应力分析系统还包括第二模型判定部9，包括：
预应力实验单元91，采用曲线预应力孔道摩阻实验获得未施工桥梁的管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ。
模型参数判断单元92，判断模型参数获得部获得的未施工桥梁的影响系数和摩擦系数与预应力实验单元获得的已施工桥梁的影响系数和摩擦系数的误差是否均在各自的误差范围内，均在各自的误差范围内，模型参数获得部获得的影响系数和摩擦系数正确。
优选地，如图2所示，所述预应力实验单元91包括穿设于预应力管道中的预应力钢绞线束911、沿轴线方向分别向两端依次穿过穿心式压力传感器912、对中环913、穿心式千斤顶914、工具锚915，其中，
穿心式压力传感器912、对中环913、穿心式千斤顶914以及工具锚915均与预应力管道同心设置，
其中，各穿心式压力传感器912通过数据线与测试仪916相连，在任一端上施加张拉力，穿心式压力传感器912会出现压缩变形，测试仪916分别测出两端的预应力的差值即为管道摩阻力，
其中，两个穿心式压力传感器912都通过接线箱，917中的数据线与测试仪916相连，两个油泵918分别给对应的穿心式千斤顶914供油。
在本发明的一个实施例中，桥梁预应力分析系统的匹配部6包括：
聚类单元61，采用聚类算法(系统聚类、k均值聚类等)按照未施工桥梁的各设计参数和预应力体系参数对已施工桥梁进行聚类，得到不同设计参数和不同预应力体系参数对应的聚类结果集合；
判断单元62，判断多个聚类结果集合是否存在交集，如果存在交集，发送信号给第一匹配单元；如果不存在交集，发送信号给第二匹配单元；
第一匹配单元63，将交集作为相似的已施工桥梁集合，将所述相似的已施工桥梁集合中各桥梁的模型参数的平均值作为相似的已施工桥梁的模型参数；
第二匹配单元64，将根据桥梁跨径获得的聚类结果作为相似的已施工桥梁集合，将所述相似的已施工桥梁集合中各桥梁的模型参数的平均值作为相似的已施工桥梁的模型参数。
图3是本发明所述桥梁预应力分析方法的流程图，如图3所述，所述桥梁预应力分析方法包括：
步骤s1，设置未施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数、预压应力施加方法；
步骤s2，根据所述设计参数构建桥梁的三维模型；
步骤s3，构建预应力损失模型，包括：构建预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的应力损失的第一模型σs1；构建锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失的第二模型σs2；构建预应力筋和台座间温差引起的应力损失的第三模型σs3；构建混凝土弹性压缩引起的应力损失的第四模型σs4；构建预应力筋松弛引起的应力损失的第五模型σs5；构建混凝土收缩和徐变引起的应力损失的第六模型σs6；
步骤s4，根据预压应力施加方法，按照施工阶段对不同模型进行组合，得到不同阶段的预应力损失组合模型，从而结合锚下张拉控制应力得到不同阶段的有效预应力模型，其中，当预应力施加方法选择先张法时，预加应力阶段的预应力损失组合模型
步骤s5，存储已经施工的桥梁的设计参数、预应力体系参数以及已经施工桥梁的预应力损失模型的模型参数，所述模型参数包括采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ；
步骤s6，根据设计参数和预应力体系参数将未施工的桥梁与已经施工的桥梁进行匹配，得到与未施工桥梁相似的已施工桥梁；
步骤s7，通过相似的已施工桥梁的模型参数在设定范围内调整未施工模型的模型参数。
在本发明的一个实施力中，上述桥梁预应力分析方法还包括：采用获得模型参数的未施工的预应力损失组合模型计算预应力索各位置的损失，计算索的延伸量偏差，与实测值比较，判定预应力损失组合模型的合理性。
在本发明的另一个实施例中，上述桥梁预应力分析方法还包括：
采用曲线预应力孔道摩阻实验获得未施工桥梁的管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ；
判断模型参数获得部获得的未施工桥梁的影响系数和摩擦系数与预应力实验单元获得的已施工桥梁的影响系数和摩擦系数的误差是否均在各自的误差范围内，均在各自的误差范围内，模型参数获得部获得的影响系数和摩擦系数正。
优选地，所述曲线预应力孔道摩阻实验的方法包括：
对管道进行清洁整理，依据设计要求将预应力钢绞线穿好；
搭建预应力管道摩阻试验装置，将传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚依次安装在预应力管道内的预应力束上，并且，使得穿心式压力传感器、对中环、以及穿心式千斤顶均与预应力管道同心设置；
通过数据线将两端的传感器分别与测试仪连接；
对管道两端的千斤顶同时进行充油，并保持一定的压力；
将其中一端作为张拉端，另一端作为固定端，关闭固定端的千斤顶油阀，分五级张拉张拉端，一直达到设计张拉力为止，记录两端压力的差值；
将两端进行角色对换，将所述一端作为固定端，所述另一端作为张拉端，仍然分五级张拉，并记录两端压力的差值；
利用以下的公式(1)和公式(2)，计算得到预应力钢绞线和管道的摩擦系数μ，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k，
其中，
μ为预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和；
k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x为从张拉端至计算截面的管道长度；
yi为第i根预应力管道对应的ln(nz/nb)值，nz是主动端实际张拉力，nb是计算截面的实际拉力；
xi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线长度；
θi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线包角。
在本发明的又一个实施例中，所述根据设计参数和预应力体系参数将未施工的桥梁与已经施工的桥梁进行匹配的方法包括：
采用聚类算法按照未施工桥梁的各设计参数和预应力体系参数对已施工桥梁进行聚类，得到不同设计参数和不同预应力体系参数对应的聚类结果集合；
判断多个聚类结果集合是否存在交集；
如果存在交集，将交集作为相似的已施工桥梁集合，将所述相似的已施工桥梁集合中各桥梁的模型参数的平均值作为相似的已施工桥梁的模型参数；
如果不存在交集，将根据桥梁跨径获得的聚类结果作为相似的已施工桥梁集合，将所述相似的已施工桥梁集合中各桥梁的模型参数的平均值作为相似的已施工桥梁的模型参数。
在本发明的一个具体实施例中，未施工桥梁的跨径组合为58+100+58m，预应力孔道成孔采用塑料波纹管成孔，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，k设计＝0.0015，μ设计＝0.15，选取两束预应力筋进行未施工桥梁和已经完成施工桥梁进行匹配，所述两束预应力筋分别为主桥右幅1号墩1#的顶板钢束d和腹板钢束f,未施工桥梁的曲线半径为750m。
第一已完成施工桥梁的主桥桥跨布置为85+3×138+85＝584m,采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k1＝0.001548和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ1＝0.227908。
第二已完成施工桥梁大桥为(40+64+40)m的变截面预应力混凝土连续桥梁全桥宽度为12.2m,主梁截面采用单箱单室构造，梁底半径为195.002m的圆曲线过渡变化。纵向预应力体系采用高强度低松弛钢绞线，单根钢绞线直径为15.20mm，钢绞线面积为140mm2,钢绞线标准强度为1860mpa，弹性模型为1.95×105mpa。顶板束采用12-15.2钢绞线，腹板采用12-15.2钢绞线，预应力孔道成孔采用金属波纹管成孔，采用曲线预应力孔道摩阻实验获得管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数k2＝0.00289和预应力筋与管道壁之间的摩擦系数μ1＝0.257187。
按照跨径组合进行匹配，则第二已完成施工桥梁与未施工桥梁相似，根据第二已完成施工桥梁的影响系数k2在±0.001范围内调整作为未施工桥梁的影响系数的设计值k设计＇，根据第二已完成施工桥梁的影响系数μ2在±0.1范围内调整作为未施工桥梁的摩擦系数的设计值μ设计＇。
对未施工桥梁进行曲线预应力孔道摩阻实验对上述匹配结果进行验证，孔道模阻实验的结果如下表1
表1
从上表可以看出，采用本发明所述桥梁预应力分析系统及方法根据匹配的相似已完成施工的桥梁对未施工桥梁的影响系数和摩擦系数进行调整的数值相对于未施工桥梁的孔道模阻实验值误差小的多，提高了设计值的精度。
综上所述，参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的桥梁预应力分析方法及系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的系统及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。