[發明專利]一種基于影響矩陣法的大跨度拱橋臨時拉索索力計算方法

有效

• 申請號: 202110982887.9
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113688455B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 郭斌強;高慶飛;洪能達;王統;劉洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 馮建

一種基于影響矩陣法的大跨度拱橋臨時拉索索力計算方法，涉及一種拱橋索力計算方法。結構狀態的控制條件確定，確定拱肋中關注截面的數量和位置以及關注截面內力或應力的容許值；通過有限元軟件提取四類影響矩陣；特定狀態下的索力變化計算，每個施工階段根據控制條件考慮四種情況，對索力變化進行試算，選擇特定狀態；結構狀態計算，求得關注截面內力或應力結果；結構狀態判斷，試算值與容許值進行對比，若滿足要求則進行下一施工階段的計算，若不滿足要求則調整結構狀態直至滿足要求。通過考慮各可變荷載和固定荷載對拉索的影響，獲取相應的影響矩陣，考慮因素全面，能夠快速準確地計算拉索索力。

技術領域

本發明涉及一種拱橋索力計算方法，尤其是一種基于影響矩陣法的大跨度拱橋臨時拉索索力計算方法，屬于拱橋施工監測技術領域。

背景技術

拱橋憑借跨越能力大、充分利用材料以及耐久性能好等優勢在我國公路上得到廣泛應用。對于拱橋而言，拱肋的成橋線形決定了其受力狀態和美觀性，因此，如何精準控制拱肋的線形成為了拱橋施工過程中重要的一環。

根據拱橋的施工技術特點，可將拱橋的施工方法分為三種類型，包括有支架施工法、斜拉扣掛懸臂現澆法以及轉體施工法。其中，斜拉扣掛懸臂現澆法因整體性能好并能夠克服高山峽谷等不利地形而得到廣泛使用。利用該施工工藝進行施工時，通過臨時斜拉索將已澆筑完成的拱肋節段扣住，將掛籃自拱腳開始逐段對稱澆筑拱肋混凝土，直至拱頂合龍。各施工階段臨時拉索的索力對拱肋的成橋線形起著決定性作用，因此，如何確定各臨時拉索的索力是大跨度拱橋施工監控的核心。

目前，拱橋施工階段臨時拉索的索力計算方法主要有正裝法、倒拆法、定長扣索法和優化法等。正裝法調索過程的主觀經驗性強，不適用于拱肋節段數多的大跨度拱橋；倒拆法由于結構的超靜定特點和非線性效應，導致根據拱頂合龍處內力為零的條件逆解索力時，無法求得精確解，此外，該方法不能考慮混凝土收縮徐變這一時變性特點導致的結構狀態變化；定長扣索法和優化法較正裝分析法相比提高了計算效率，但其主要通過約束施工過程中的拱肋應力、線形偏差和拉索索力，從而對合龍松索時的線形進行優化，但是施工過程中的索力均勻性、線形拼裝精度等問題未能解決。因此，針對目前大跨度拱橋臨時拉索施工中索力的計算過程復雜、精度低的問題，亟需一種更加簡單清楚，能夠快速準確地計算拉索索力的方法。

發明內容

為解決背景技術存在的不足，本發明提供一種基于影響矩陣法的大跨度拱橋臨時拉索索力計算方法，通過考慮各可變荷載和固定荷載對拉索的影響，獲取相應的影響矩陣，考慮因素全面，能夠快速準確地計算拉索索力。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：一種基于影響矩陣法的大跨度拱橋臨時拉索索力計算方法，包括以下步驟：

步驟一：結構狀態的控制條件確定

根據施工要求確定拱肋中關注截面的數量和位置，同時，確定關注截面內力或應力的容許值；

步驟二：通過有限元軟件提取四類影響矩陣

設有n個可變荷載T_i、m個固定荷載F_i及k個關注截面內力或應力，則

1)單位索力影響矩陣表示為：

式中，元素α_ij(i＝1,2，…，n；j＝1,2，…，n)為拉索和拱肋均處于激活狀態下，第j根拉索張拉單位力對第i根拉索索力的影響；

2)固定荷載加載對拉索索力的影響矩陣表示為：

式中，元素β_ij(i＝1,2，…，n；j＝1,2，…，m)為拉索和拱肋均處于激活狀態下，第j個固定荷載加載對第i根拉索索力的影響；

3)拉索單位索力對關注截面內力或應力的影響矩陣表示為：