斜拉桥的施工控制仿真

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇斜拉桥的施工控制仿真范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：桥梁结构的仿真计算近年来得到了快速的发展，近几十年来，斜拉桥以其合理的结构型式、优美的外形和相对经济的造价在世界范围内得到了迅速发展，成为大跨度桥梁的首选桥型。其施工技术含量较高，为内外高次超静定结构。在架设过程中，其施工管理的复杂性不言而喻。

关键词：仿真；斜拉桥；施工管理

中图分类号：U448.27文献标识码： A 文章编号：

随着斜拉桥跨度的不断增大，斜拉桥施工控制问题也日益突出，已成为制约斜拉桥向更大跨度发展的重要因素。因此，研究斜拉桥施工全过程控制与优化的实用软件是十分必要的。

一、斜拉桥仿真的相应软件

1、软件要求

对斜拉桥施工系统进行了仿真研究，并开发出相应的软件。此软件主要满足以下要求：

（1）实现信息采集、信息分析处理和信息反馈的桥梁施工过程。

（2）寻求最优的资源配置、合理的施工顺序和施工方法。

（3）施工全过程三维动态可视化仿真与优化分析。

（4）具有实用的、友好的人机交互界面，尽量减少工作量，避免人为差错。

（5）不要求用户掌握太多的仿真理论知识和编程语言，就能实现仿真与建模的统一。

2、相关软件介绍

（1）Matlab：Matlab语言是近年国外非常流行和广为应用的科学计算程序设计语言，不但具有强大的数值计算功能，而且还有很强的图形处理功能，结果可以以图形的形式输出，具有很强的直观性。

（2）Midas/Civil：Midas/Civil是一个通用的空间有限元分析软件，针对桥梁结构，结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能。

（3）MSC.Patran：MSC.Patran是一个集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化设计和交互图形界面集于一身，构成一个完整的CAE集成环境。

（4）桥梁博士：Dr.Bridge系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况，计算精确；同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作，提高了用户的工作效率。

（5）ANSYS：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。

二、斜拉桥施工系统仿真建模过程

1、系统分析

斜拉桥的实际施工过程因桥而异，但总可以抽象出其共有的施工工况。通过对斜拉桥工程施工方法的系统分析，总结出其主要施工工况，如棍凝土拌和、运输、立模、拆模、浇筑、养护、预制件拼装、钢拉索安装、拉索张拉和灌浆等。分别建立与它们相对应的单元模型，每种单元模型调用相应的功能模块，实现不同的功能。

单元模型的不同组合顺序便构成了不同的工序模型，如桩基、承台、塔柱、横梁、主梁、路面和拉索等施工工序模型，工序模型与特定的施工方法相对应。单元模型必须调用功能模块库中的功能模块才能发生作用，因此，功能模块库的建立也是仿真建模的重要环节。

2、属性

属性不仅包括模型的变量说明及各参数的选取，还包括一些对模型的操作和消息等。构成模型的属性应能反映各模型的特征，输人模型中的参数构成了本系统的数据库，进行仿真计算所必需的数据均来自此数据库。所以，由单元模型工序模型模型库数据库的建模过程及方法，构成了面向对象仿真建模的整体构架。

三、斜拉桥施工控制仿真计算

1、施工控制仿真计算概念

施工控制仿真计算，就是通过合理的模型，采取有效的结构分析方法，对桥梁的成桥受力状态和施工受力状态进行模拟分析。后者也就是桥梁的施工过程计算。斜拉桥的施工方法通常采用悬臂现浇法或者悬臂拼装法。

对于斜拉桥，施工过程的安全和成桥状态满足设计要求是施工控制面临的关键性问题之一。不论桥梁的规模大小、技术难度深浅以及构造复杂程度如何，其施工的实际状态与合理设计状态总是有一定的误差，所以，结合施工工艺和桥型特征，确定施工状态，进行斜拉桥的施工过程计算是必不可少的一个过程。

另外，由于对结构本身的认识深度、施工工艺的复杂性、结构参数的准确性、施工检测手段的限制、温度变化的不稳定性及材料收缩、徐变的研究深度局限，也造成成桥状态与设计的合理状态偏差。通过进行桥梁的施工过程计算，可以有效的消除或降低这些不利因素的影响，为各个施工阶段确定参数调整的目标，使得施工控制能够准确、迅速的将实际情况与设计的理想状态进行融合。

2、施工控制仿真计算的主要内容

（1）斜拉索索力。

（2）主梁挠度。

（3）主梁上缘应力、下缘应力。

（4）索塔偏移与应力。

四、斜拉桥施工过程分析方法

在确定了施工方案的情况下，如何分析各施工阶段及成桥结构的受力特性及变形是施工设计中的首要任务。目前国内斜拉桥施工控制分析方法主要以下几个控制方法。

1、倒拆法

倒拆法又称倒装法，是斜拉桥施工计算中广泛采用的一种方法。倒拆分析是以t=t0成桥状态时刻的内力状态为参考状态，以设计的成桥线形为参考构形，对结构进行虚拟倒拆并逐阶段进行分析，计算每次卸除一个施工阶段对剩余结构的影响的计算方法对于线性结构，用倒拆分析结果进行理想施工，保证每一阶段都不出现偏差，就可以在t=t0时刻达到成桥状态。因此，从理论上讲，倒拆分析的结构可直接用于指导线性结构的设计施工，并作为施工控制的目标。

2、正装法

正装法也叫前进分析法，其计算原理是采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移，然后依据一定的计算原理，选择适当的计算参数作为未知量，通过求解方程而获得相应的控制参数。

3、正装―倒拆迭代法

对于大跨径混凝土斜拉桥，施工计算中如不考虑混凝土收缩、徐变的影响，计算结果将发生较大的偏差。但是混凝土的徐变与结构形成的过程有关，原则上倒拆法无法进行徐变计算。这是因为徐变计算在时间上只能是顺序的，而倒拆法在时间上则是逆序的。一般可应用迭代法来解决这个问题。即第一轮倒退计算时不计混凝土的收缩、徐变，然后以倒拆计算结果进行正装计算，逐阶段计算混凝土的收缩、徐变影响，再进行倒拆法计算时，按阶段叠加入正装计算时相应阶段混凝土的收缩、徐变影响。如此反复迭代，直至计算结果收敛。

4、无应力状态法

无应力状态法分析的基本思路是不计斜拉索的非线性和混凝土收缩徐变的影响，采用完全线性理论对斜拉桥解体，只要保证单元长度和曲率不变，则无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。应用这一原理，建立斜拉桥施工阶段和成桥状态的联系。

五、小结

施工阶段的仿真计算分析是十分重要的，不仅要保证桥梁运营阶段的安全稳定性，也必须确保施工过程中结构的安全稳定性。而且，施工中的内力状态也直接影响到运营阶段结构的内力状态。

随着斜拉桥跨越能力的增加，施工工艺逐渐成熟，成功实现合理的设计状态已经成为当务之急。虽然国内外对斜拉桥的施工控制技术进行了诸多研究，但就目前的工程实际状况下，对桥梁合理施工状态和施工过程计算进行更深入的研究都有着很重要的现实意义。

参考文献：

[1]王双胜. 预应力混凝土料拉桥施工控制仿真分析. 西南交通大学,2007,12

[2]王精业，杨学会，徐豪华. 仿真科学与技术的学科发展现状与学科理论体系[J]. 北京：科技导报，2007

作者简介：田向东（1976-），河北高碑店人，本科，现就职于江苏中瑞路桥建设有限公司。