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收稿日期修改稿收到日期
基金项目中国博士后科学基金 资助项目
作者简介张建民
男博士后高级工程师
第卷第期
年 月
计 算 力 学 学 报
Chinese Journal of Computational Mechanics
Vol No
October
文章编号
千 米 级 斜 拉 桥 施 工 过 程 中 主 梁 的 预 转 折 角 研 究
张建民
肖汝诚
同济大学 桥梁工程系上海
摘要斜拉桥安装张拉起拱等系统的施工全过程分析和控制技术是一项涉及斜拉桥质量和安全的关键技术问题 本文
以某千米级斜拉桥为例采用一阶最优化计算方法来确定斜拉桥的合理施工状态 以成桥后主梁的线形为目标函数施工中
主梁节段的预转折角为设计变量建立了斜拉桥施工控制的空间非线性有限元分析模型模拟了钢箱主梁的悬臂拼装过程
求出各施工阶段节段的预转折角
关键词斜拉桥一阶分析法施工过程预转折角
中图分类号U文献标识码A
1引言
近十年来斜拉桥设计施工技术有了长足发展业
已建成的最大跨径的双塔斜拉桥为日本的 Tatara 桥主
跨为 m 我国正在规划修建的苏通长江公路大桥主
跨达到 m建成后将成为当今世界上最大跨度的
斜拉桥和连续长度最长的双塔斜拉桥 超过千米的斜拉
桥目前还没有成功经验可以借鉴随着斜拉桥跨度的增
加结构刚度急剧下降可能会出现一系列新的特殊力学
问题 其中超长跨度的斜拉桥在施工过程中的线形控
制就是一个十分关键的问题
倒拆法和正装迭代法是确定斜拉桥主梁合理施工线
形的两个主要方法 倒拆法在拆除合拢段时常有不平
衡杆端力的影响由于结构的非线性效应当施工步骤比
较复杂时几乎难以求得较为精确的解 正装迭代法采
用大循环的顺装分析来确定桥梁的合理施工线形
该
方法克服了倒拆法的弊端但由于没有对施工中的一些
不利因素 如应力变形 进行约束当设计变量较多或
假定的初始值不合理时会出现迭代不收敛的现象
最优化计算方法被广泛应用于斜拉桥成桥后的合理
恒载索力计算成桥合理状态
但用于确定桥梁的合
理施工线形还未见文章发表 并且现有的优化方法大多
以叠加原理为基础只适用于线性结构 而大跨度斜拉
桥结构非线性的影响较大必须探索一套新的更为有效
的最优化计算方法用于
确定桥梁的合理施工线形 为此本文尝试将一阶分析
法引入到斜拉桥的主梁悬臂拼装计算中 利用施工优化
的原理直接建立施工期结构状态可测变量与成桥状态
目标函数之间的关系通过对状态目标的最优化处理求
出各施工阶段的斜拉索主梁的预转折角 确保斜拉桥在
施工过程中结构的受力状态和变形始终处在安全范围
内成桥后的主梁线形符合设计期望合拢后结构的受力
处于最优状态 在计算中考虑斜拉桥各种非线性因素
的影响
2数学模型
21一阶分析法
设最优化问题为
min fX 其中 X x
x
x
n
stg
i
X g
i
i m
h
i
h
i
Xi m
w
i
w
i
X w
i
i m
x
i
x
i
x
i
i n
式中 f 为目标函数X 为设计变量g
i
h
i
和 w
i
为状态变
量
使用一阶分析法将有约束的多变量非线性规划问
题变成无约束的非线性规划问题即将原目标函数 fX
增广为一个新的函数
QXq
f
f
n
i
P
x
x
i
q
m
i
P
g
g
i
m
i
P
h
h
i
m
i
P
w
w
i
式中 f
为参考目标函数q 为控制约束的参数P
x
为设
计变量的外罚函数P
g
P
h
和 P
w
为状态变量的混合罚函
数
计算迭代步骤采用以下方法
X
j
X
j
s
j
d
j
式中 s
j
是采用黄金分割法和最小二乘法来确定的参数
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