斜拉橋索力優(yōu)化與調整.ppt

,1,預應力混凝土斜拉橋內 力優(yōu)化與加固,同濟大學橋梁工程系 肖汝誠,2,二.,三.,一.,內容簡介,工程背景,總結與展望,內力調整施工方案的實施,四.,五.,既有預應力混凝土斜拉橋內力調整的理論基礎,觀測方法的評價與調索后結構內力狀態(tài)評估,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化與加固,3,一,工程背景（續(xù)）,預應力混凝土斜拉橋內力調整的現(xiàn)狀和工程實例,委內瑞拉馬拉開波（Maracaibo）橋 英國的Wye橋,4,一,工程背景（續(xù)）,預應力混凝土斜拉橋內力調整的現(xiàn)狀和工程實例,上海新五橋 廣州海印橋,5,一,工程背景（續(xù)）,預應力混凝土斜拉橋內力調整的現(xiàn)狀和工程實例,已有的調整理論過于復雜，不易操作。,當前該領域還需解決的問題：,采用的模型與實際結構不符，造成的誤差；,缺乏對結構內力狀態(tài)的一整套評估方法，以及是否進行內力調整的決策系統(tǒng)；,6,一,工程背景（續(xù)）,背景工程橋梁,上虞市人民大橋,7,一,工程背景（續(xù)）,上虞市人民大橋結構簡圖,背景工程橋梁,8,一,工程背景（續(xù)）,靜載試驗中，箱梁內裂縫有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。,檢測后發(fā)現(xiàn)人民大橋主要存在的問題：,結構形態(tài)與設計存在較大偏差；,與設計相比，拉索有卸載現(xiàn)象，而且卸載量不平衡；,背景工程橋梁,9,一,工程背景（續(xù)）,工作內容,確定既有橋梁內力調整的合理目標內力狀態(tài)；,對結構檢測數(shù)據(jù)進行整理分析，識別既有橋梁的結構參數(shù)；,評估當前結構內力，以確定是否對結構內力進行調整；,從理論上解決從當前結構的內力狀態(tài)到調整的目標內 力狀態(tài)的具體實用調整方法；,解決內力調整施工中的具體問題 ；,對內力調整后的結構狀態(tài)進一步評估。,10,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,預應力混凝土斜拉橋結構參數(shù)的識別,11,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,預應力混凝土斜拉橋結構參數(shù)的識別,參數(shù)識別中遵循：,盡可能真實地模擬當時的施工情況（包括施工方案、節(jié)段重量、施工中拉索索力、定位標高、橋面線形等）,模擬從施工到運營至今橋梁發(fā)生的收縮徐變情況,12,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,結構當前受力狀態(tài)的確定與評估,13,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,1、已有的斜拉索索力優(yōu)化方法：,指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化法,斜拉索索力的無約束優(yōu)化法,斜拉索索力的有約束優(yōu)化法,2、針對既有混凝土斜拉橋索力優(yōu)化方法,針對橋梁設計,目標：通過調索使主梁上若干點標高滿足設計要求,控制條件：實際內力逼進設計內力,解決思路：建立設計內力和調索后實際內力差值的余能表達式，以差值最小作控制條件求滿足達到指定標高時索力增量，與原索力疊加得優(yōu)化后的拉索索力,14,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,確定目標狀態(tài)的原則：,使主梁、主塔內應力較小，且比較均勻,應力峰值應得到控制：控制正應力和主應力，滿足規(guī)范要求,以當前實測索力變化較小為原則，盡量減小當前索力調整的工作量，避免對結構產(chǎn)生過大的擾動,并達到結構內力合理為目標,邊墩支座反力得到控制,調整后結構內力滿足承載能力的要求,橋面線形得到改善,為防止裂縫進一步開展，限制裂縫處應力,15,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,靈敏度分析：找到不同拉索對主梁內應力影響程度,選定如上圖的幾個關鍵點進行研究。同時了解索力變化對支座反力的影響,16,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,靈敏度分析結果：,17,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應的可行域：,恒載作用下主梁正應力的可行域：,18,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應(正應力)的可行域：,19,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,恒載作用下主梁響應(正應力)的可行域：,20,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,確定結構合理內力狀態(tài)及所對應的拉索索力：,21,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,合理目標內力狀態(tài)的確定,確定結構合理內力狀態(tài)及所對應的橋面標高：,22,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,問題的理論解決：,斜拉橋是高次超靜定結構，要達到相同的調整目標，施工中的拉索索力與調整順序有關！,現(xiàn)有的調整理論過于繁復，而且也有不合理的地方。,解決方法拉索的目標索力確定，那么拉索長度改變量是一定的，索力增量也是一定的，與調整順序無關。,23,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,調索施工方案的限制條件：,1 施工方案盡可能簡單易行，通過一次調索就可達到目標，且調索順序要便于施工； 2 由于受到現(xiàn)場施工條件的制約，不適合大噸位千斤頂工作，因此每步調索值要限制在千斤頂最大張拉噸位內,以上要求若不滿足，須更改施工方案（如張拉順序等），或改變目標索力值，然后重新計算，直到滿足要求為止。,24,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,不同拉索調整方案的比較：,方案A：從長索依次調整到短索 方案B：從短索依次調整到長索 其他調整方案：增加工作量 增加調索施工中拉索的索力,25,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,不同拉索調整方案的比較：,方案A：偏差0.54,方案B：偏差0.58,方案A：最大308噸,方案B：最大380噸,千斤頂 最大張 拉300 噸左右,26,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,驗算并確定索力調整方案：,（1）調索結束后計算索力與目標索力的比較,最大相差5.37t，占該索總力的百分比不足0.6,（2）索力調整過程中結構內力的驗算,主梁內應力,27,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,驗算并確定索力調整方案：,（2）索力調整過程中結構內力的驗算,主塔內應力,索內應力,28,二,預應力混凝土斜拉橋內力優(yōu)化調整的理論基礎 （續(xù)）,實現(xiàn)合理目標內力的施工分析,小結：,識別了當前橋梁的結構參數(shù)，并建立相應的計算模型 計算當前結構的內力狀態(tài)，找到內力調整的“起始內力狀態(tài)”； 根據(jù)既有預應力混凝土斜拉橋的自身特點，確定內力調整的“目標內力狀態(tài)”； 解決了從“起始內力狀態(tài)”到“目標內力狀態(tài)”的理論施工方法。,29,三,內力調整施工方案的具體實施,結構的檢查與修復,拉索,錨具與錨箱,減震器,30,三,內力調整施工方案的具體實施,拉索的更換,更換方案,換索的測量,1、換索卸載后對臨近拉索索力的影響,2、拉索精確張拉階段的索力監(jiān)測,3、換索后對臨近拉索索力進行測量,31,三,內力調整施工方案的具體實施,拉索的更換,理論驗算,施工階段應力小于最不利組合應力,32,三,內力調整施工方案的具體實施,調索施工中的流程,33,三,內力調整施工方案的具體實施,調索施工中的實施細則,在調索施工中采用YZ-300液壓千斤頂，并在張拉調整工作前對千斤頂油壓表進行了標定，以保證張拉索力達到設計要求,在張拉和錨固拉索中，要求相同索號的8個千斤頂同步均衡進行，并且要緩慢分級張拉，以避免主塔單向受力過大或動載對結構內力有不利影響,在施工中要實施三控，即拉索索力，伸長量和橋面標高,34,三,內力調整施工方案的具體實施,調索施工中的實施細則,施工過程中加強觀測，若出現(xiàn)異常情況及時停止施工，并由多方單位共同評估找到解決辦法后再進行下一步施工,除上述要求外，在調整索力的全過程中都嚴格按照相關規(guī)范、規(guī)程施工，以確保施工的順利進行。,35,三,內力調整施工方案的具體實施,小結,索力調整的過程也是在基本理論的基礎上不斷摸索，不斷實踐的過程。只有在實踐中發(fā)現(xiàn)、解決問題才能使理論逐步完善 從既有預應力混凝土斜拉橋內力調整的施工角度，闡述了其中面臨的主要問題，并著手解決。從中可以看到，按照前面的方法進行調索，具有可操作性,36,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,索力測量方法的評價,油壓表讀數(shù)法 傳感器讀數(shù)法 頻率法 1、拉索抗彎剛度對振動頻率的影響 2、拉索垂度的影響 3、減振器的影響,索力測量方法的綜述,橋面標高變化監(jiān)控測量的評價,37,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,觀測數(shù)據(jù)的分析與此時結構內力狀態(tài)的評估,調索后索力分析,主梁內應力分析,38,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,觀測數(shù)據(jù)的分析與此時結構內力狀態(tài)的評估,主梁標高變化分析,主塔內力與邊跨支座反力分析,主塔彎矩從4740tm降到1990 tm，降幅達到58%,邊墩支座承受226t，在其承載能力范圍之內,39,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,觀測數(shù)據(jù)的分析與此時結構內力狀態(tài)的評估,荷載試驗,按各測試斷面控制內力最不利位置布載，測量： 主梁和主塔結構撓度和位移； 主梁3個斷面和主塔1個斷面的混凝土應變； 拉索的活載索力。,40,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,觀測數(shù)據(jù)的分析與此時結構內力狀態(tài)的評估,荷載試驗 加載工況,41,四,觀測方法評價與調索后結構內力狀態(tài)的評估,觀測數(shù)據(jù)的分析與此時結構內力狀態(tài)的評估,荷載試驗 結論,1 施工調索達到原設計