[发明专利]一种多跨连续刚构桥合龙口对顶力优化算法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁施工监控领域，涉及一套完整的多跨连续刚构桥合龙口对顶力优化算法。

背景技术

随着国民经济的发展，我国的交通建设正在蓬勃进行中，高等级公路的大量修建对桥梁提出了更高的要求。尤其是在西部地区，深沟险壑很多，地形地貌变化复杂，增加了设计施工难度。而高墩大跨连续刚构桥由于其自身的优点被广泛地应用。

连续刚构桥在长期荷载作用下会引起预应力损失、主梁下挠、主梁及桥墩水平偏位。连续跨度越长，纵向水平位移量也愈大。过大的水平位移会导致支座剪切破坏、桥墩稳定性降低等问题。此外，温度变化也会影响主梁变形。在桥梁结构设计规范中，对均匀温度作用有着明确的规定。计算表明，过大的温差会显著增大主梁和桥墩的附加内力，尤其是桥墩底部，附加内力更大。合龙前在悬臂端进行适当的顶推，是改善长期作用效应和温差效应的一种较为理想的施工措施。对多跨连续刚构桥，顶推力的大小不但与水平位移量有关，而且还与合龙方案有关。多跨连续刚构桥施加顶推力后，不但减小了高墩的水平偏位，增强了桥墩的稳定性，而且还有效地改善了主墩的受力，特别是墩底内力。

顶推和施加配重会对长悬臂端的竖向挠度将产生很大影响。同时，温度及收缩徐变作用对结构受力性能的影响问题仍未很好的解决。因此，影响合龙段施工质量成败的关键因素有：合龙顺序、合龙段配重、劲性骨架的设计、顶推力的施加、临时束的施加、合龙温度的选择、混凝土收缩徐变等。但实际的设计和施工中往往容易忽略计算，甚至一部分施工技术人员对合龙段各要素的作用理解不深，严重影响了合龙段的质量。

连续刚构桥在悬臂施工中受梁段自身重量、挂篮变形、温度变化、收缩徐变和预应力钢束张拉等因素的影响，会产生较大变形，而且后期营运中混凝土的收缩徐变对其结构力学行为影响较大。由于主梁产生竖向挠度和水平位移，主墩向跨中方向偏移，结构处于不利受力状态，这不但影响桥梁美观和行车舒适性，还会危及结构的安全。为了让桥梁结构处于合理的受力状态，避免因自重、混凝土收缩和徐变等因素产生的挠度过大影响高速行车，常常在施工时设置预拱度和施加水平预推力来抵消上述不利受力状态，使桥梁在后期运营时达到理想线形。

为了确定水平顶推力，先计算薄壁墩在正常合龙情况下由结构体系转换、混凝土收缩徐变引起的相对变位，通过其水平位移确定其顶推力。由于多跨连续刚构桥属高次超静定体系，主梁截面为变截面，混凝土收缩徐变引起结构的次内力导致内力重分布和结构体系的转换是非线性的，理论分析难以得到精确解。

因此，必须利用有限元分析软件计算混凝土收缩徐变产生的水平位移，计算出不施加水平顶推力的合龙情况下收缩徐变等引起的墩顶水平位移，然后根据水平位移计算墩在不同合龙顺序下的水平推力。

发明内容

本发明目的是为了改善多跨连续刚构桥的内力和位移状态，实现其合理成桥状态，提供一种多跨连续刚构桥合龙口对顶力优化算法。

本发明采用的技术方案为：一种多跨连续刚构桥合龙口对顶力优化算法，首先确定施工步骤，主要是合龙顺序；其次确定目标阶段；然后根据施工步骤建立相应的有限元模型，通过施加单位力的方式，求出合龙口对顶力对目标阶段和施工阶段的位移和内力影响系数；最后根据目标阶段“墩顶水平位移平方和最小”的优化目标和施工阶段结构位移、内力不超限的约束方程确定合龙口对顶力。具体包括以下步骤：

(1)确定施工步骤，主要是明确合龙顺序；

(2)确定目标阶段，即某个时机，根据该时机的结构状态反算合龙口对顶力，一般选择成桥后的某个时机作为目标阶段；

(3)根据施工步骤，利用杆系单元建立相应的有限元模型；

(4)利用有限元模型求出桥墩应力影响系数b_ij，在某合龙口合龙前施加一对单位对顶力，求出后续某个施工阶段由该单位对顶力产生的桥墩控制截面应力；

(5)利用有限元模型求出施工荷载作用下桥墩控制截面的应力∑σ_ic；

(6)利用有限元模型求出主梁挠度影响系数c_ij，在某合龙口合龙前施加一对单位对顶力，求出目标阶段由该单位对顶力产生的主梁某跨跨中挠度；

(7)利用有限元模型求出恒载、混凝土收缩和徐变等引起的目标阶段主梁某跨跨中挠度∑c_ig；

(8)利用有限元模型求出墩顶水平位移影响系数a_ij，在某合龙口合龙前施加一对单位对顶力，求出目标阶段由该单位对顶力产生的某墩顶水平位移；