本發(fā)明涉及斜拉橋，具體地說，涉及一種鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、目前，因鋼桁梁橋具有跨越能力大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、材料輕質(zhì)環(huán)保、制造安裝便利等諸多優(yōu)勢，桁架梁的桿件眾多，在制造和拼裝的過程中不可避免地存在偏差，從而導(dǎo)致最終的成橋線形偏離目標(biāo)線形。對于大跨度鐵路斜拉橋，考慮桁架施工偏差的成橋線形直接影響橋上軌道的平順性，進(jìn)而干擾行車安全性和乘車舒適度。

2、對大跨橋梁成橋線形偏差的研究主要集中在橋梁施工控制方面，包括線形調(diào)整和合龍方案。有學(xué)者提出幾何線形三維控制方法；有學(xué)者分析不同預(yù)抬高對拼裝過程控制線形的影響，給出了預(yù)抬高的合理設(shè)置公式；有學(xué)者提出通過調(diào)整桁架上弦桿的拼裝順序，可大幅減小鋼箱-桁架組合梁同步順序頂推施工時的拼裝偏差。有學(xué)者提出支點(diǎn)位移調(diào)整公式控制結(jié)構(gòu)合龍；但有學(xué)者以桿件內(nèi)力不超限為原則，限制強(qiáng)制合龍時的安裝誤差；有學(xué)者采用纜索吊機(jī)進(jìn)行鋼桁梁節(jié)段整體懸臂拼裝施工，中跨鋼桁梁采用自然合龍法施工。

3、有學(xué)者指出，預(yù)拼線形的誤差會隨著懸臂拼裝節(jié)段增加而不斷放大。在制造精度給定時，不論采用何種施工控制方法，其成橋偏差總會存在一個下限。實(shí)踐中，大跨度橋梁成橋線形偏差按跨度的某千分?jǐn)?shù)控制。在桁段制造誤差給定的情況下，成橋線形誤差隨拼裝節(jié)段數(shù)增加有其固有的規(guī)律，二者關(guān)系不一定是線性的。若成橋線形誤差隨節(jié)段數(shù)增按平方關(guān)系增加，仍按與跨度正比控制成橋偏差，則對超大跨度橋梁可能嚴(yán)格到無法實(shí)施。因此，亟需研究節(jié)段拼裝偏差與成橋線形偏差的理論關(guān)系，為超大跨度橋梁成橋線形控制提供合理目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的內(nèi)容是提供一種鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。

2、根據(jù)本發(fā)明的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其包括以下步驟：

3、一、估計(jì)桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差的標(biāo)準(zhǔn)差；

4、二、按自由拼裝生成全橋拼裝線形偏差樣本；

5、三、全橋拼裝線形偏差樣本通過剛體轉(zhuǎn)動，變?yōu)殪o定結(jié)構(gòu)；剛體轉(zhuǎn)動后與轉(zhuǎn)動前的桁段相對偏差保持不變；

6、四、以靜定結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)，其余墩塔處施加約束反力，令各墩塔處的主梁位移閉合，則得到最終的成橋線形偏差樣本；

7、五、根據(jù)成橋線形偏差樣本的公式，得出線形偏差隨機(jī)矢量的協(xié)方差矩陣。

8、作為優(yōu)選，步驟一中，桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差的標(biāo)準(zhǔn)差為：

9、

10、其中，δ為主桁桿件兩端孔群中心位置偏差最大值；h為桁段高度。

11、作為優(yōu)選，步驟二中，僅考慮桁架節(jié)段在拼裝過程中的隨機(jī)轉(zhuǎn)角偏差的影響，并且認(rèn)為桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差服從零均值的正態(tài)分布，則有全橋桁架梁自由拼裝的線形偏差yf以及表達(dá)式：

12、yf＝laθ?(2)

13、

14、θ＝[δθ1δθ2…δθn]t?(4)

15、其中，l為節(jié)間長度，n為全橋桁架節(jié)段數(shù)，δθi為第i個節(jié)段拼裝時角度隨機(jī)偏差值，即桁段與相鄰桁段夾角的偏差；θ為各桁段轉(zhuǎn)角隨機(jī)偏差向量。

16、作為優(yōu)選，步驟二中，需滿足以下條件：

17、(1)索力偏差與拼裝偏差相互獨(dú)立；

18、(2)成橋線形偏差與施工過程無關(guān)；

19、(3)各桁段拼裝誤差是獨(dú)立同分布隨機(jī)變量。

20、作為優(yōu)選，步驟三中，取鋼桁梁在梁端過渡墩上簡支為基本靜定結(jié)構(gòu)，鋼桁梁在兩個過渡墩位置處的線形偏差為零；對線形偏差作剛體轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動后的線形yc用下式(5)表達(dá)為：

21、yc＝l(a+φnt)θ?(5)

22、其中，轉(zhuǎn)動向量φ＝-1/n·[1?2?…?n]t，節(jié)段數(shù)向量n＝[n?n-1?…?1]t。

23、作為優(yōu)選，步驟四中，為便于模擬桁架梁的施工拼裝過程以及評估節(jié)段拼裝線形偏差，需要獲取結(jié)構(gòu)的變形影響矩陣；在有限元軟件中，忽略各節(jié)段桁梁上的斜拉索索力的影響，通過在位于輔助墩和橋塔處的主梁節(jié)點(diǎn)上單獨(dú)施加單位豎向力，分別得到對應(yīng)的桁架梁豎向變形向量φm，構(gòu)成變形矩陣：

24、h＝[φ1φ2φ3φ4]?(6)

25、其中，m取1,2,3,4，分別代表輔助墩和橋塔的位置；

26、根據(jù)變形矩陣式(6)，提取出桁架梁的柔度矩陣：

27、

28、其中，δij代表在j位置處施加單位豎向力引起i位置處的豎向位移，i、j的取值代表輔助墩或者橋塔的位置；

29、由柔度矩陣式(7)得到結(jié)構(gòu)剛度矩陣：

30、

31、其中，k表示柔度矩陣v相對的剛度矩陣，fm表示在m位置處產(chǎn)生單位豎向位移在輔助墩和橋塔位置處所需施加的豎向力向量；

32、剛體轉(zhuǎn)動后過渡墩處的線形偏差已為零，但在輔助墩和橋塔位置處的線形偏差不為零，存在位移偏差：

33、

34、z＝[δz1?δz2δz3?δz4]t?(10)

35、

36、其中，δzm代表m位置處的豎向位移差；u、v、r、s分別代表按照里程方向桁架拼裝至輔助墩或橋塔時，已完成桁架拼裝的節(jié)段數(shù)；

37、根據(jù)式(9)中得到的豎向位移偏差，通過式(8)剛度矩陣建立施加的冗余力與位移差的關(guān)系式：

38、f＝kz?(12)

39、f＝[f1?f2?f3?f4]t??(13)

40、其中，fm表示消除m位置處的豎向位移差所需施加的冗余力；

41、通過在輔助墩和橋塔位置處施加由式(12)得到的冗余力，可得到塔墩處主梁位移閉合后的線形；最終的桁段拼裝線形也可用式(14)表示：

42、ye＝y(tǒng)c+hf?(14)。

43、作為優(yōu)選，步驟五中，根據(jù)最終的桁段拼裝線形式(14)，寫出線形偏差的協(xié)方差矩陣表達(dá)式：

44、

45、b＝l(a+φnt)?(16)

46、

47、p＝[du?dv?dr?ds]?(20)。

48、本發(fā)明從節(jié)段拼裝誤差的隨機(jī)性出發(fā)，建立了節(jié)段制造誤差與成橋線形誤差的標(biāo)準(zhǔn)差傳遞關(guān)系，這樣，能夠較佳地估計(jì)超大跨度橋梁施工幾何誤差。本發(fā)明首次建立了橋梁節(jié)段制造隨機(jī)偏差與成橋線形隨機(jī)偏差之間的定量關(guān)系，在橋梁設(shè)計(jì)階段即可定量計(jì)算成橋偏差隨機(jī)過程的特征，為橋梁合攏線形控制、軌道幾何評價以及行車性能評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

技術(shù)特征：

1.鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟一中，桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σδθi為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟二中，僅考慮桁架節(jié)段在拼裝過程中的隨機(jī)轉(zhuǎn)角偏差的影響，并且認(rèn)為桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差服從零均值的正態(tài)分布，則有全橋桁架梁自由拼裝的線形偏差yf以及表達(dá)式：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟二中，需滿足以下條件：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟三中，取鋼桁梁在梁端過渡墩上簡支為基本靜定結(jié)構(gòu)，鋼桁梁在兩個過渡墩位置處的線形偏差為零；對線形偏差作剛體轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動后的線形yc用下式(5)表達(dá)為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟四中，為便于模擬桁架梁的施工拼裝過程以及評估節(jié)段拼裝線形偏差，需要獲取結(jié)構(gòu)的變形影響矩陣；在有限元軟件中，忽略各節(jié)段桁梁上的斜拉索索力的影響，通過在位于輔助墩和橋塔處的主梁節(jié)點(diǎn)上單獨(dú)施加單位豎向力，分別得到對應(yīng)的桁架梁豎向變形向量φm，構(gòu)成變形矩陣h：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其特征在于：步驟五中，根據(jù)最終的桁段拼裝線形式(14)，寫出線形偏差的協(xié)方差矩陣表達(dá)式：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及斜拉橋技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種鋼桁梁橋拼裝隨機(jī)誤差向成橋線形偏差傳播的計(jì)算方法，其包括以下步驟：一、估計(jì)桁段拼裝轉(zhuǎn)角偏差的標(biāo)準(zhǔn)差；二、按自由拼裝生成全橋拼裝線形偏差樣本；三、全橋拼裝線形偏差樣本通過剛體轉(zhuǎn)動，變?yōu)殪o定結(jié)構(gòu)；剛體轉(zhuǎn)動后與轉(zhuǎn)動前的桁段相對偏差保持不變；四、以靜定結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)，其余墩塔處施加約束反力，令各墩塔處的主梁位移閉合，則得到最終的成橋線形偏差樣本；五、根據(jù)成橋線形偏差樣本的公式，得出線形偏差隨機(jī)矢量的協(xié)方差矩陣。本發(fā)明能根據(jù)桁段制造隨機(jī)誤差，計(jì)算成橋線形偏差隨機(jī)矢量的統(tǒng)計(jì)特征。

技術(shù)研發(fā)人員：晉智斌,陸軍,孫書豪,楊宇峰,張宏偉,羅春暉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26