上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其通过根据关键点控制整个结构体系的成桥状态，可以高效准确的找到上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥受力状态以及最优合理成桥线形；通过建立梁拱组合刚构桥有限元模型，并准确模拟施工阶段受力状态，运用正装迭代法进行计算分析，评判上承式梁拱组合刚构桥的关键强度技术参数和关键刚度技术参数是否满足目标限值，能够准确确定主梁最合理的边中跨比、下弦拱的矢跨比和拱轴线线形，确定关键截面最优的梁高取值，大大增加材料的利用率、提高工程的经济性、节省大量的投资成本；此方法思路清晰、适用性强，具有极大的推广价值。大的推广价值。大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法。

技术介绍

[0002]我国是一个多山区的国家，山区面积约占国土面积的2/3，横跨山区河流沟谷的桥梁主跨超过200m时，传统的预应力混凝土连续刚构桥由于普遍存在跨中下挠、箱梁腹板开裂等病害而不再适用。
[0003]上承式梁拱组合刚构桥是一种将预应力混凝土连续刚构和上承式拱进行结构体系组合，形成自平衡无推力受力体系，改善跨中下挠、腹板开裂病害，提高结构刚度，实现更大跨越能力的新型组合桥梁，该桥型充分融合梁桥“受弯”与拱桥“受压”的优点，将其跨度发展到350m～400m。该类桥梁一般采用上弦梁和下弦拱双层临时斜拉扣挂悬臂法施工，对机具场地及运输条件的要求低，对于山高坡陡、施工场地狭窄的山区，具有很强的适应性。
[0004]上承式梁拱组合刚构桥上部结构由上弦梁、下弦拱、梁拱结合段、墩梁结合段、墩拱结合段、常规梁段等部分组成，常规梁段与上弦梁、下弦拱传力力线在结合部位发生变化，为保证传力平顺需设计结合过渡段，梁拱组合刚构桥上弦梁与下弦拱在拱梁结合处进行构造融合传力，因此结构设计较复杂；梁拱组合刚构桥施工过程融合梁桥、悬浇拱桥、矮塔斜拉桥施工工艺于一身，需经历多次体系转换，在桥梁施工过程中运用上弦箱梁与下弦拱梁同步斜拉扣挂施工工艺此新型组合结构体系，具有“施工状态变化大、体系转换多、施工工艺复杂和施工控制要求高”等难点。
[0005]上承式梁拱组合刚构桥作为一种新型组合桥梁，目前国内的设计案例偏少，对梁拱组合刚构桥的结构体系以及力学行为研究不够深入，特别是对梁拱组合刚构桥合理成桥状态的研究成果更少。目前设计的梁拱组合刚构桥存在以下几方面的问题：1上弦梁、下弦拱以及跨中断面的梁高取值不合理，导致材料利用率较低，工程经济性差，2下弦拱的矢跨比、拱轴线线形设置不合理，导致下弦拱的“受压”的优势在结构体系中难以充分发挥，3主梁的边中跨比设置不合理，导致结构体系成桥状态力学性能较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，以解决当前上承式梁拱组合刚构桥结构体系及力学行为研究的不足导致材料利用率低、工程经济性差、结构体系受力不合理、成桥状态主梁线形较差的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，包括以下步骤：
[0008]S1：根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，确定上承式梁拱组合刚构桥的不变量和可变量，拟定所述可变量的合理取值范围，设置初始值、步长及终止值；
[0009]S2：根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系特点，确定合理成桥状态关键控制点，并根据所述关键控制点确定合理成桥状态的评判指标以及评判指标的目标限值；
[0010]S3：根据上承式梁拱组合刚构桥的所述不变量和可变量建立有限元分析模型；并根据所述有限元分析模型进行上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力分析，判断计算出的评判指标是否满足评判指标的目标限值，若满足，则获得满足最优合理成桥状态可变量的最优值；反之，则通过所述有限元模型对可变量进行不断迭代优化计算，得到最终收敛为最优解作为最优合理成桥状态可变量的最优值；
[0011]S4：根据所述最优合理成桥状态可变量的最优值进行结构设计，得到上承式梁拱组合刚构桥的最优合理成桥状态。
[0012]进一步地，根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，所述上承式梁拱组合刚构桥的不变量包括主跨跨度L和主墩墩高H。
[0013]进一步地，根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，所述上承式梁拱组合刚构桥的可变量包括：边中跨比、下弦拱矢高f、三角区跨度L
s
、拱轴线线形、下弦拱梁高h1、上弦拱标准梁高h2、主跨跨中梁高h3、上弦梁根部梁高h4。
[0014]进一步地，在根据所述有限元分析模型进行上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力分析时，根据可变量对上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力影响程度进行重要性分级排序，并按照可变量的影响程度顺序进行迭代计算分析。
[0015]进一步地，所述关键控制点包含墩梁固结点A、梁拱结合点B、中跨跨中点C、墩拱固结点D和主墩墩底点E。
[0016]进一步地，所述合理成桥状态的评判指标包括关键强度参数；所述关键强度参数包括：梁拱结合点与墩梁固结点的弯矩比M
B
/M
A
、梁拱结合点与墩梁固结点的剪力比Qs
B
/Qs
A
、中跨跨中点与梁拱结合点的弯矩比M
C
/M
B
，墩拱固结点边跨侧与中跨侧轴力比N
D边跨
/N
D中跨
、主墩墩底偏心矩e
E
＝M
E
/N
E
、下弦拱正负弯矩比M
a+
/M
a
‑
、下弦拱偏心矩e
a
。
[0017]进一步地，所述合理成桥状态的评判指标还包括关键刚度参数；所述关键刚度参数包括：车道荷载下挠跨比ω1/L、长期收缩徐变下挠跨比ω2/L。
[0018]进一步地，所述步骤S3包括
[0019]S31：根据上承式梁拱组合刚构桥的所述不变量和可变量建立有限元分析模型；并根据所述有限元分析模型进行上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力分析计算得到上承式梁拱组合刚构桥结构体系的关键强度参数和关键刚度参数；
[0020]S32：判断步骤S31计算得到关键强度参数是否满足关键强度参数的目标限制，若满足，则获得满足最优合理成桥状态可变量的最优值；反之，则按照步长调整可变量继续通过所述有限元模型对可变量进行不断迭代优化计算，得到最终收敛为最优解作为最优合理成桥状态可变量的最优值；
[0021]S31：判断步骤S31计算得到关键刚度参数是否满足关键刚度参数的目标限值，若满足，则获得满足最优合理成桥状态可变量的最优值；反之，则按照步长调整可变量继续通过所述有限元模型对可变量进行不断迭代优化计算，得到最终收敛为最优解作为最优合理成桥状态可变量的最优值。
[0022]进一步地，在主跨跨中合拢前进行主梁跨中顶推，改善主墩受力状态。
[0023]进一步地，主梁和下弦拱均应考虑活载及收缩徐变影响设置成桥预拱度，施工过程中设置施工预拱度。
[0024]本专利技术的有益效果为：通过根据关键点控制整个结构体系的成桥状态，可以高效
准确的找到上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥受力状态以及最优合理成桥线形；通过建立梁拱组合刚构桥有限元模型，并准确模拟施工阶段受力状态，运用正装迭代法进行计算分析，评判上承式梁拱组合刚构桥的关键强度技术参数和关键刚度技术参数是否满足目标限值，该方法能够准确确定主梁最合理的边中跨比、下弦拱的矢跨比和拱轴线线形，确定关键截面最优的梁高取值，大大增加材料的利用率、提高工程的经济本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，确定上承式梁拱组合刚构桥的不变量和可变量，拟定所述可变量的合理取值范围，设置初始值、步长及终止值；S2：根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系特点，确定合理成桥状态关键控制点，并根据所述关键控制点确定合理成桥状态的评判指标以及评判指标的目标限值；S3：根据上承式梁拱组合刚构桥的所述不变量和可变量建立有限元分析模型；并根据所述有限元分析模型进行上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力分析，判断计算出的评判指标是否满足评判指标的目标限值，若满足，则获得满足最优合理成桥状态可变量的最优值；反之，则通过所述有限元模型对可变量进行不断迭代优化计算，得到最终收敛为最优解作为最优合理成桥状态可变量的最优值；S4：根据所述最优合理成桥状态可变量的最优值进行结构设计，得到上承式梁拱组合刚构桥的最优合理成桥状态。2.根据权利要求1所述的上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其特征在于，根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，所述上承式梁拱组合刚构桥的不变量包括主跨跨度L和主墩墩高H。3.根据权利要求1或2所述的上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其特征在于，根据上承式梁拱组合刚构桥结构体系的特点，所述上承式梁拱组合刚构桥的可变量包括：边中跨比、下弦拱矢高f、三角区跨度L
s
、拱轴线线形、下弦拱梁高h1、上弦梁标准梁高h2、主跨跨中梁高h3、上弦梁根部梁高h4。4.根据权利要求3所述的上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其特征在于，在根据所述有限元分析模型进行上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力分析时，根据可变量对上承式梁拱组合刚构桥结构体系受力影响程度进行重要性分级排序，并按照可变量的影响程度顺序进行迭代计算分析。5.根据权利要求1所述的上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥状态的确定方法，其特征在于，所述关键控制点包含墩梁固结点A、梁拱结合点B、中跨跨中点C、墩拱固结点D和主墩墩底点E。6.根据权利要求1所述的上承式梁拱组合刚构桥最优合理成桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫福成，赖亚平，陈晓虎，乔云强，陈培新，李璘，周学勇，李亚勇，
申请(专利权)人：中建隧道建设有限公司，
类型：发明
国别省市：