斜拉橋索力優(yōu)化學(xué)習(xí)筆記2009.11索力優(yōu)化問題的分類索力是斜拉橋受力的核心因素索力優(yōu)化問題的分類1設(shè)計階段成橋索力2施工索力（到拆法，正裝-到拆法，無應(yīng)力狀態(tài)法，結(jié)合影響矩陣的正裝迭代法）3運營階段恒載索力一些話題鋼箱梁，PC梁，結(jié)合梁對稱與不對稱，壓重，輔助墩，合攏方式索力一次到位，多次到位(索力普調(diào))，施工過程應(yīng)力安全性，主梁線形可控性主梁設(shè)計的寬容度（可行，合理，最優(yōu)）非線性因素拉索的分析（桿單元Ernst折減，懸鏈線索單元），P_delta效應(yīng)，大位移混凝土?xí)r變效應(yīng)合理的成橋狀態(tài)斜拉橋的合理成橋狀態(tài)要滿足：“索力分布，均勻、主塔彎矩不能太大、主梁應(yīng)力要控制在其“可行域”范圍內(nèi)、邊墩的支座反力在恒載下要有足夠的壓力儲備,其中,主梁的應(yīng)力最為關(guān)鍵?！彼髁?yōu)化目標：“塔直梁平，拉索索力均勻，施工過程應(yīng)力安全性，主梁線形，成橋后主梁設(shè)計驗算的寬容度”結(jié)構(gòu)設(shè)計流程：成橋索力與施工索力（經(jīng)驗類比法，分步算法）以合理成橋狀態(tài)為目的的施工索力優(yōu)化“初拉力的確定是斜拉橋設(shè)計中比較繁復(fù)的一項計算工作,要通過多次試算、調(diào)整才能取得較滿意的成果。希望主梁及索塔在各個受力階段中能滿足設(shè)計要求,并有較小的彎矩。對拉索索力的均勻性,一方面是拉索索力在各受力階段的應(yīng)力變化幅度不要過大,再一方面是對拉索規(guī)格的調(diào)整,使規(guī)格減少?！眱?yōu)化后的施工索力必須滿足兩方面的要求:一是施工過程中結(jié)構(gòu)的受力安全,即要保證施工過程中應(yīng)力不超過規(guī)范規(guī)定;二是成橋后能滿足合理成橋狀態(tài)的要求?！背蓸驙顟B(tài)索力優(yōu)化結(jié)果非唯一性，簡單的某種方法均有一定的局限性，不是任何時候都能取得較理想的結(jié)果。成橋狀態(tài)（恒載，邊界）一次落架的優(yōu)化結(jié)果未必是合理的結(jié)果，有必要考慮施工過程的配合，應(yīng)該考慮活載等效應(yīng)。斜拉橋內(nèi)力狀態(tài)可由斜拉索力（支座力）唯一確定的體系，只要保證其成橋索力與優(yōu)化索力一致，則相應(yīng)內(nèi)為狀態(tài)就是成橋狀態(tài)合理受力狀態(tài)。如果是一次調(diào)索法，應(yīng)該先確定成橋索力，再用倒退分析法或迭代前進分析法確定初張力，當然還要以施工中結(jié)構(gòu)的安全作為約束條件；如果橋梁合攏后進行調(diào)索，則初張力的作用大為降低，保證施工中結(jié)構(gòu)的安全就可以了，一般可以取其豎直分力等于對應(yīng)塊件的重量。影響矩陣成橋索力計算的幾個典型方法指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化法,以剛性支承梁法和零位移法為代表。剛性支承連續(xù)梁法將斜拉橋主梁在恒載作用下彎曲內(nèi)力呈剛性支承連續(xù)梁狀態(tài)作為優(yōu)化目標。零位移法以結(jié)構(gòu)在恒載作用下梁的節(jié)點位移為零作為優(yōu)化目標。典型的斜拉索索力的無約束優(yōu)化法是彎曲能量最小法和彎矩最小法,彎曲能量最小法是用結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)變能作為目標函數(shù);彎矩最小法是以彎矩平方和作為目標函數(shù)。成橋索力計算的幾個典型方法最小能量法把斜拉索，主梁，塔墩的抗拉壓剛度全部改為無窮大（差不多高個原來的4個數(shù)量級），抗彎剛度不變。加上自重和二期恒載進行線形計算，得到的索力就是最小能量法的索力。影響矩陣法實現(xiàn)了對多種目標函數(shù)的統(tǒng)一,克服了單一目標函數(shù)優(yōu)化的缺點,可以用較小的計算量得到較為理想的結(jié)果。其它數(shù)值優(yōu)化方法：最小二乘法，梯度優(yōu)化法，數(shù)學(xué)規(guī)劃法一些技巧1一次落架：將合攏段只計入重量，不計入剛度2將單元的面積調(diào)整到10000倍，將輔助墩的剛度調(diào)整到一個小值3將拉索附近梁段重量作為拉索的豎向力分量3切線安裝：懸臂單元一次激活，重量分次施加4經(jīng)驗性的索力規(guī)律5正裝迭代（施工索力調(diào)整向量～成橋目標狀態(tài)差異）非線性效應(yīng)基于線性理論建立的確定斜拉橋施工張拉力的影響矩陣法存在一定的局限?；炷列崩瓨蚴┕み^程中的結(jié)構(gòu)幾何非線性和混凝土的收縮、徐變引起的材料非線性，會使以線性方法確定的拉索施工張拉力失真。求解斜拉橋施工張拉力的非線性問題有如下特點：首先，影響矩陣反映的是結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的線性關(guān)系的內(nèi)在聯(lián)系，在非線性狀態(tài)下，這種關(guān)系將隨著結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化而變化。其次，結(jié)構(gòu)剛度的非線性使得施工荷載在結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力分配發(fā)生了改變。主梁設(shè)計是PC斜拉橋索力優(yōu)化難點和關(guān)鍵。懸鏈線索單元主要優(yōu)點

?精確計入垂度影響，能模擬各種極端情況；

?分析模型的自由度個數(shù)少；

?通過僅僅給定無應(yīng)力長度和端點坐標即可確定整根索的幾何狀態(tài)和內(nèi)力狀態(tài)；

?簡化索結(jié)構(gòu)的找型分析；

?無應(yīng)力長度確定后，任意取一個初始構(gòu)形即可方便地找出結(jié)構(gòu)的恒載狀態(tài)、施工狀態(tài)和使用狀態(tài)下的構(gòu)形，而固定不變的無應(yīng)力長度又保持了結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和計算精度。人物，軟件，方法人物：顏東煌，肖汝誠，秦順全軟件特色：橋梁博士，Midas，Ansys，Tdv，Matlab方法：影響矩陣法，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，非線性問題的處理顏東煌(正裝迭代法)正裝迭代法的基本思路為：先假定一組張拉索力，按正裝計算得到一個成橋狀態(tài)，將該成橋狀態(tài)與事先定好的理想成橋狀態(tài)比較，按最小二乘法原理使兩個成橋狀態(tài)相差最小，以此來修正張拉索力，再進行新的一輪正裝計算，直至收斂為止。該方法克服了倒拆法的弊端，在應(yīng)用中增加少量取自施工階段受力狀態(tài)的控制參數(shù)，則更為合理，能加速綜合確定施工工序、斜拉索施工各次張拉力和預(yù)拱度。設(shè)計工作的分步考慮成橋索力計算思路成橋索力計算思路成橋索力計算思路合理成橋狀態(tài)設(shè)計步驟分步算法成橋目標優(yōu)化狀態(tài)目標參數(shù)值的調(diào)控控制目標與參數(shù)施工索力的張拉范圍牽索式掛籃前支點斜拉索索力范圍的確定---李傳習(xí).pdf施工索力的正裝迭代法張拉的拉索總次數(shù)n控制參數(shù)m索力影響矩陣最小二乘法求解索力通過迭代逼近肖汝誠正裝迭代法將ANSYS的一階分析法引入斜拉橋索力優(yōu)化問題，確保施工階段受力和線形受控，成橋后索力達到目標狀態(tài)。（非線性優(yōu)化范疇）ANSYS優(yōu)化設(shè)計合理的設(shè)計是指滿足所有給定的約束條件(設(shè)計變量的約束和狀態(tài)變量的約束)的設(shè)計。而最優(yōu)設(shè)計是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標函數(shù)值的設(shè)計。秦順全無應(yīng)力狀態(tài)法秦順全無應(yīng)力狀態(tài)法無應(yīng)力狀態(tài)控制法確定施工索力無應(yīng)力狀態(tài)控制法確定施工索力建立起拉索無應(yīng)力長度和斜拉索索力的對應(yīng)關(guān)系，檢算施工中間過程結(jié)構(gòu)的安全度，實施可按照施工索力或者錨頭拔出量(回縮量)。當斜拉橋分階段施工中的應(yīng)力控制需要時，斜拉索的無應(yīng)力長度應(yīng)分步到位。無應(yīng)力狀態(tài)控制法確定施工索力用單位力引起的無應(yīng)力長度變化量把無應(yīng)力長度增量換算為張拉力的增量。若斜拉索的用拔出量來調(diào)整，施工過程溫度與臨時荷載影響可過濾。無應(yīng)力狀態(tài)控制法確定施工索力1計算設(shè)計指定的成橋目標狀態(tài)各斜拉索的無應(yīng)力長度；2根據(jù)斜拉橋的實際施工過程，對結(jié)構(gòu)進行分階段的正裝計算。正裝計算過程中，根據(jù)施工階段結(jié)構(gòu)受力的需要，每根斜拉索可多次張拉或放松，唯最后一次主動張拉（張拉到位）時需將該斜拉索的無應(yīng)力長度通過張拉調(diào)整至成橋目標狀態(tài)的無應(yīng)力長度（計算值）。當考慮混凝土收縮、徐變的影響時，上述第2步得到的成橋狀態(tài)將會偏離成橋目標狀態(tài)，這時需通過人為地調(diào)整斜拉索使安裝得到的成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力滿足成橋目標狀態(tài)的要求，重新計標狀態(tài)無應(yīng)力長度，重新正裝計算，直到收斂。線形的偏差通過預(yù)拱度來調(diào)整。無應(yīng)力狀態(tài)控制法大范圍調(diào)整斜拉索索力或吊桿桿力方法，具體步驟如下：１）計算調(diào)整前橋梁所有需要調(diào)整的斜拉索或吊桿的幾何長度、內(nèi)力、彈性伸長，設(shè)某根斜拉索或吊桿的編號是Ｃｎ。２）將步驟１計算得到的索長或吊桿長減去斜拉索或吊桿的彈性伸長得到調(diào)整前Ｃｎ號斜拉索或吊桿的原始長度。３）同理計算全部調(diào)整完成后橋梁的全部斜拉索或吊桿的原始長度。４）步驟２的Ｃｎ號斜拉索或吊桿的原始長度減去步驟３的Ｃｎ號斜拉索或吊桿的原始長度，得斜拉索或吊桿的原始長度差值。５）將步驟４得到的斜拉索或吊桿的原始長度差值作為斜拉索或吊桿的拔出量或回縮量進行索力或吊桿力調(diào)整。調(diào)索軟件TDV----addcon方法陽光軟件通過計算程序確定斜拉橋最優(yōu)索力.pdf江安：影響矩陣法（Excel表格）調(diào)索軟件MIDAS影響矩陣法(未知荷載系數(shù)),未閉合配合力Unknownloadfactor未知荷載系數(shù)法.pdf斜拉橋正裝分析-未閉合力.pdf南寧橋：三維鋼拱肋斜拉扣掛施工調(diào)索軟件索單元與非線性問題等效桁架單元（彈性模量折減）懸鏈線索單元Midas軟件的非線性功能：索的分析（桿單元，懸鏈線索單元），Pdelta效應(yīng)，大位移調(diào)索軟件橋梁博士V30以上版本調(diào)索工具宜賓橋：雙塔PC箱梁橋，索力普調(diào)橋博軟件建議的索力思路索力的主要作用是解決主梁的荷載彎矩懸臂施工時主梁的重量，成橋的二期鋪裝，活載調(diào)索步驟：懸臂施工時拉索主要平衡節(jié)段重量，在結(jié)構(gòu)體系合理且富裕的情況下還可預(yù)考慮部分二期鋪裝，以便減少成橋索力調(diào)整施工工作量成橋后做部分索力調(diào)整，解決鋪裝產(chǎn)生的彎矩配置局部預(yù)應(yīng)力，解決彎矩較大的局部區(qū)域應(yīng)力配置整體施工預(yù)應(yīng)力，解決主梁施工安全性計算應(yīng)力包絡(luò)圖、成橋應(yīng)力圖根據(jù)應(yīng)力包絡(luò)圖和成橋應(yīng)力圖的特征，適當調(diào)整拉索張拉力，使上下緣在長期狀態(tài)下和極端條件下應(yīng)力分布更為均勻合理觀察塔頂位移調(diào)索軟件ANSYS約束最優(yōu)化問題求解斜拉橋蘇通大橋：索力優(yōu)化設(shè)計拱橋扣索索力優(yōu)化問題白沙溝：混凝土拱圈（懸臂澆筑，斜拉扣掛）Ansys（1）Apdl目標索力的搜索（2）拉索的模擬Link單元（3）鋼箱梁調(diào)索軟件調(diào)索軟件Ansys（1）一階最優(yōu)化計算方法（2）施工索力和主梁預(yù)轉(zhuǎn)折角（3）鋼箱梁白沙溝大橋掛藍懸臂澆筑施工扣掛系統(tǒng)合攏前的索力優(yōu)化1、目標函數(shù)在拱橋施工階段中，拱圈的最大拉應(yīng)力往往成為拱圈截面設(shè)計的關(guān)鍵因素。選用了各施工階段最大拉應(yīng)力的平方和為目標函數(shù)2、設(shè)計變量將扣索初始索力和索力調(diào)整量轉(zhuǎn)化為等效溫度荷載

合攏前的索力優(yōu)化3狀態(tài)變量選取扣索在施工過程中的索力為狀態(tài)變量，以保證扣索索力有滿足施工要求的安全系數(shù)，且不能受壓。調(diào)索軟件MATLAB優(yōu)化工具箱數(shù)值分析軟件有約束的二次規(guī)劃問題與有限元數(shù)據(jù)的結(jié)合程度Midas未知荷載系數(shù)法技術(shù)資料斜拉橋成橋階段和正裝分析.pdf未知荷載系數(shù)法.pdf斜拉橋正裝分析-未閉合力.pdf算例7.51-成橋未知荷載系數(shù)(零位移法).mcb7.51-成橋未知荷載系數(shù)(最小彎曲能量法).mcb7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱_01.mcb7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱BB(閉合1).mcb7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱BB(閉合2).mcb7.54未閉合配合力\成橋分析.mcb7.54未閉合配合力\正裝分析.mcbMidas未知荷載系數(shù)法使用未知荷載系數(shù)功能做斜拉橋正裝分析1.未知荷載系數(shù)的特點2.未知荷載系數(shù)的使用方法3.未知荷載系數(shù)的參數(shù)說明4.考慮施工階段的未知荷載系數(shù)例題5.期待效果Midas未知荷載系數(shù)法未知荷載系數(shù)的主要特點如下：(1)計算成橋階段的未知荷載系數(shù)計算滿足成橋階段的設(shè)計要求的各索的張力值，可用于倒裝分析。(2)考慮施工階段的影響，確定各施工階段的未知荷載系數(shù)可以不做倒裝分析計算出滿足成橋階段設(shè)計要求的各施工階段的索力。(3)提供成橋階段和施工階段的影響矩陣分析施工過程中索力和橋型的誤差原因，提供影響成橋階段結(jié)果的影響矩陣。(4)可將影響矩陣轉(zhuǎn)換為Excel文件可將影響矩陣轉(zhuǎn)換為包含計算公式的Excel文件，可用于調(diào)索和控制橋型。(5)可設(shè)置多種控制條件控制條件可設(shè)置為位移、反力、桁架單元或梁單元的內(nèi)力限制，限制條件的數(shù)量可任意多。(6)控制條件可輸入固定值或上下限因為可輸入固定值和上下限，所以縮小了找不到未知荷載系數(shù)的概率。(7)可將未知荷載系數(shù)轉(zhuǎn)換為荷載組合系數(shù)在成橋階段求出未知荷載系數(shù)后，可將其自動轉(zhuǎn)換為荷載組合系數(shù)，為迅速查看結(jié)果提供了方便。Midas未知荷載系數(shù)法Midas未知荷載系數(shù)法Midas未知荷載系數(shù)法索力試算7.51-成橋未知荷載系數(shù)(零位移法).mcb7.51-成橋未知荷載系數(shù)(最小彎曲能量法).mcb通過未知荷載系數(shù)法求成橋目標狀態(tài)通過正裝計算得到拉索的施工索力，且滿足成橋預(yù)定目標狀態(tài)。7.54未閉合配合力\成橋分析.mcb7.54未閉合配合力\正裝分析.mcb(1)計算成橋階段的未知荷載系數(shù)計算滿足成橋階段的設(shè)計要求的各索的張力值，可用于倒裝分析。7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱BB.mcb根據(jù)上述成橋狀態(tài)求得的索力，在施工階段考慮拉索未閉合配合力，正裝計算得到拉索的施工索力，且滿足成橋預(yù)定的目標。7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱BB(閉合1).mcb使用程序的一些注意事項為什么7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱BB(閉合2).mcb拉索力和成橋線形沒有和預(yù)期的一致？達到成橋目標的考慮拉索未閉合配合力的正裝分析.xls(2)考慮施工階段的影響，確定各施工階段的未知荷載系數(shù)可以不做倒裝分析計算出滿足成橋階段設(shè)計要求的各施工階段的索力。7.53-未知索力求吊裝鋼桁拱_01.mcb影響矩陣(3)提供成橋階段和施工階段的影響矩陣分析施工過程中索力和橋型的誤差原因，提供影響成橋階段結(jié)果的影響矩陣拉索的多次張拉體內(nèi)力與體外力懸鏈線索單元信息2023/7/2974MidasCivil應(yīng)用實例1位置非對稱拱橋主跨300m傾斜的拱肋傾斜的吊桿彎曲的主梁無風(fēng)撐南寧大橋NanningBridge

Functional,aesthetic,socialvalue三維平衡是關(guān)鍵所在采用最小彎曲能量法和影響矩陣法確定拱肋合攏前的目標索力。采用基于無應(yīng)力索長的正裝計算方法，考慮拱肋節(jié)段切線安裝和拉索的幾何非線性，根據(jù)目標索力來確定一次張拉的施工索力。實施過程：施工控制指令包括索力和伸長量，采用頻率法，壓力環(huán)和千斤頂油壓表讀數(shù)測量索力。1、幾個要點三維平衡關(guān)系纜索系統(tǒng)布置圖中鐵二局集團ChinaRailwayErju2、施工方案斜吊扣掛方法南寧大橋特點三維平衡問題2023/7/2979拱的施工06-49依次吊拱肋節(jié)段(E1-E7)依次連接?xùn)|拱節(jié)段(E1-E7)依次吊拱肋節(jié)段(W1-W7)依次連接西拱節(jié)段(W1-W7)依次張拉扣索錨索(EKN,WKN,EMN,WMN1-7)依次張拉橫向拉索(HL1-6)依次張拉風(fēng)纜(WFL,EFL1-3)50-53吊拱肋節(jié)段E8東拱合攏吊拱肋節(jié)段W8西拱合攏粱的施工臨時吊桿臨時系桿臨時橫向?qū)鰿urvingBoxGirderErectionScheme54拆除扣索，第一次張拉臨時系桿55-67吊裝主梁節(jié)段直到合攏，分次調(diào)整臨時系桿內(nèi)力68拆除風(fēng)纜，拆除橫向拉索69直系桿張拉，同步拆除部分臨時系桿70彎系桿張拉，同步拆除部分臨時系桿71臨時系桿拆除72臨時吊桿拆除73二期恒載，調(diào)整永久系桿和永久吊桿索力體系轉(zhuǎn)換2023/7/29823、結(jié)構(gòu)分析初始平衡狀態(tài)分析：影響矩陣法－未知荷載系數(shù)功能最小彎曲能量法約束條件合理可行結(jié)果3.1目標狀態(tài)3.2施工過程分析考慮未閉合配合力的施工過程正裝分析彈性懸鏈線單元無應(yīng)力索長切線安裝PartialModelViewforStructureAnalysis未閉合配合力的計算－拉索

ElasticCatenaryCableElement2023/7/29863.3計算結(jié)果拱肋節(jié)段位移扣索力背索力拱頂對拉索力風(fēng)纜力拱的推力永久吊桿力2023/7/2987節(jié)段端部位移列表StageArchRibSegmentEndDXDYDZRXRYRZ(m)(m)(m)(rad)(rad)(rad)49NO.70.0040.006-0.0370.000000.000660.0000542NO.6-0.0150.0010.0420.00000-0.001220.0000736NO.5-0.0020.0020.0030.00001-0.001500.0001629NO.4-0.021-0.0070.0400.00012-0.00094-0.0001823NO.30.0080.006-0.016-0.000130.000400.0000616NO.20.006-0.002-0.00