[发明专利]施工过程纠偏的拱桥吊杆拉力优化方法

说明书

本发明公开了一种施工过程纠偏的拱桥吊杆拉力优化方法，通过建立一个有限元模型，并且有限元模型中的材料特性、几何特性、边界条件与外部荷载信息应和设计图纸的相应数据一致；将确定的一组吊杆初拉力代入建好的有限元模型进行施工阶段正装分析，得到各个初始值向量；建立一个优化模型，将各参数代入优化模型得到最终张拉拉力。本发明通过在施工过程中对实测重量的及时修正，实现吊杆只一次张拉，成桥后不再调整，同时确保吊装过程中吊杆的拉力变化均匀，拉力变化小；对比传统的拉力计算方法，本方法不需要重复的迭代，避免繁琐计算，可一次性得到拉力结果。本发明适用于不同施工顺序和跨径的拱桥，适用范围非常广泛。

技术领域

本发明涉及交通运输桥涵工程技术领域，具体涉及一种施工过程纠偏的拱桥吊杆拉力优化方法。

背景技术

我国拱桥建造数量和质量都位居世界第一。郑皆连院士等提出的斜拉扣挂悬拼技术、真空辅助灌注工艺、塔架主动控制等先进技术方法在桥梁施工建设中的运用，让拱桥有了质的飞跃。继计算跨径460m的重庆巫山长江大桥和530m的四川合江长江的顺利建成，在建的跨径575m的平南三桥又一次刷新世界纪录。对于超大跨径拱桥的每次跨径的增加都会对施工技术、工艺、控制理论、计算方法等提出新的要求。众所周知,拱桥受力明确。但近年来出现吊杆断裂的桥梁事故屡见不鲜，设计吊杆100年，实际一般为3～16年就需要更换，而频繁的更换吊杆必然增加相当大一部分成本，如何增加吊杆寿命和正常工作期限是国内外学者研究的重点，本发明从吊杆受力均匀合力方面进行控制。目前确定吊杆初拉力的方法中国内外比较常见的有正装迭代法、倒装分析法、最小弯曲能法、矩阵法、刚性吊杆法、差值迭代法。但正装迭代法计算繁琐，受收敛条件约束，部分不收敛。倒装分析法中无法考虑几何非线性、收缩徐变、约束条件变化等影响，造成结构内力不闭合；传统的业内比较认可的是最小弯曲能法在成桥节段进行优化，但是没有考虑施工过程，只用于恒载拉力优化，言外之意就是成桥后需调整吊杆张拉力。矩阵法在成桥状态下优化使用也较多，但矩阵求解精度较差，短吊杆拉力不均匀性较大。而差值迭代法是正装迭代的改进方法，只是减少了收敛次数。急需一种可以兼顾各个优点同时计算精度高的吊杆张拉力控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于施工过程纠偏的拱桥吊杆拉力优化方法。该方法是通过对实际桥梁的设计复核后，建立一个材料特性、几何特性、边界条件、外部荷载等应和设计图纸一致的有限元模型；拟算出一组吊杆初拉力初始值，进行施工阶段正装分析并求得各个参数变量的初始值(向量形式)；针对不同的桥梁建立相应的优化模型，确定多目标优化方程和约束函数，通过实测参数修正模型，再优化，最终得出“吊装节段动态纠偏，拉力增量最小，成桥拉力均匀”的施工吊杆拉力；进而可以给出施工指令，指导现场施工和吊装工作。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于施工过程纠偏的拱桥吊杆拉力优化方法，包括以下步骤：

步骤一，建立一个有限元模型，并且有限元模型中的材料特性、几何特性、边界条件与外部荷载信息应和设计图纸的相应数据一致；

步骤二，确定一组吊杆初拉力，并将确定的这一组吊杆初拉力代入步骤一中的有限元模型进行施工阶段正装分析，计算得到初始值向量dis₀、dis₀₁、A₀、A₀₁、A_m0；

步骤三，针对不同的桥梁建立相应的优化模型，确定多目标优化方程和约束函数，其优化公式为：

约束函数：

优化方程：

参数变量：