最小二乘法在混凝土斜拉桥施工控制中的应用
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摘要
本文首先介绍了控制论的分类和发展，阐述了大跨度桥梁施工控制的重要性，施工控制的主要任务以及影响桥梁施工控制的因素。然后详细地介绍斜拉桥的施工控制，其中包括：斜拉桥施工控制的方法、斜拉桥施工控制的模拟计算以及影响结构误差的设计参数，重点介绍了最小二乘法的基本原理以及在斜拉桥施工控制中的应用。
最后以重庆地维长江公路大桥为例，利用大型有限软件ANSYS对桥梁进行结构分析计算。重点进行了桥梁结构设计参数的敏感性分析，通过改变设计参数，根据由此而改变的控制点的挠度和弯矩(应力)大小，根据此结果来判断主要设计参数和次要设计参数，然后通过最小二乘法对主要设计参数进行参数调整，重新计算，使实测值和模拟计算理论值尽量相吻合，根据调整后的参数进行下阶段施工的预测，并和该桥实际采用的施工控制系统计算的结果进行比较分析。最后提出了施工控制模拟计算中尚待改进之处，以及进一步研究的方向。
In the paper, control theory classification and its history is introduced first, then comes the importance of construction control in bridge construction, its contents and influence factors. And then expatiated on the cable-stayed bridge construction control, which includes: the method of the construction control, the computer simulation, the design parameters which cause bridge structure errors. Least squares basic principle and it application on cable-stayed bridge construction control are emphasized.
Take the Chongqing Diwei Changjiang road bridge as an example, and use ANSYS to analyse the bridge structure. To ascertain the sensitivity of the design parameters, change each design parameter respectively, and calculate the deflection and stress difference of the control point. By the result, ascertain the primary design parameters. Then adjust the primary design parameters by least squares, and recalculate to make the calculated accords with the actual value. And according to the adjusted parameters, forecast the next stage. And compare the results with which calculated by the actual adopted construction control system. In the end, some problems in construction control are given, which should be solved in the future.
最后以重庆地维长江公路大桥为例，利用大型有限软件ANSYS对桥梁进行结构分析计算。重点进行了桥梁结构设计参数的敏感性分析，通过改变设计参数，根据由此而改变的控制点的挠度和弯矩(应力)大小，根据此结果来判断主要设计参数和次要设计参数，然后通过最小二乘法对主要设计参数进行参数调整，重新计算，使实测值和模拟计算理论值尽量相吻合，根据调整后的参数进行下阶段施工的预测，并和该桥实际采用的施工控制系统计算的结果进行比较分析。最后提出了施工控制模拟计算中尚待改进之处，以及进一步研究的方向。
In the paper, control theory classification and its history is introduced first, then comes the importance of construction control in bridge construction, its contents and influence factors. And then expatiated on the cable-stayed bridge construction control, which includes: the method of the construction control, the computer simulation, the design parameters which cause bridge structure errors. Least squares basic principle and it application on cable-stayed bridge construction control are emphasized.
Take the Chongqing Diwei Changjiang road bridge as an example, and use ANSYS to analyse the bridge structure. To ascertain the sensitivity of the design parameters, change each design parameter respectively, and calculate the deflection and stress difference of the control point. By the result, ascertain the primary design parameters. Then adjust the primary design parameters by least squares, and recalculate to make the calculated accords with the actual value. And according to the adjusted parameters, forecast the next stage. And compare the results with which calculated by the actual adopted construction control system. In the end, some problems in construction control are given, which should be solved in the future.
引文
【1】 向中富．桥梁施工控制技术．人民交通出版社，2001年
【2】 徐君兰．大跨度桥梁施工控制．人民交通出版社，2000年
【3】 范立础．桥梁工程(上)．人民交通出版社，2003
【4】 李乔，周厚斌，赵人达，蒲黔辉，钱永久，刘元久．混凝土桥．西南交通大学．1998年
【5】 李乔．桥梁结构分析的计算机方法．西南交通大学．2000年
【6】 刘士林，梁智涛，侯金龙，孟凡超．斜拉桥．人民交通出版社．2002年
【7】 杨琪，李乔编译．斜拉桥的静力行为影响参数及静力分析．国外桥梁，1999年第四期
【8】 张占强等译．特大跨度桥梁的发展．国外桥梁，1995
【9】 P. H. WANC, Initial Shape of Cable-Stayed Bridges, comput.struct, Vol.46,1993
【10】 Alys. Nanny, Three Dimension Nonlinear Static Analysis of Cable-Stayed Bridges Cable Structures, Comput. struct, Vol.34, 257—271 (1990)
【11】 H. B. Harrison, Computer Method in Structure Analysis. Prentice-Hall Englewood Cliffs, Newsey, 1973
【12】 苏清洪译．斜拉桥的力学特性和设计基本考虑方法．国外桥梁，Vol．15，No．5 1983
【13】 颜东煌，刘光栋，确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法，中国公路学报，Vol．12 No．2 1999
【14】 颜东煌，田仲初，钟正强．桥梁施工仿真计算程序设计方法．公路工程计算机应用论文集，1996年
【15】 颜东煌，文伍，刘光栋，易伟建．斜拉桥的施工最优控制，国外公路，No．31993年
【16】 郑凯锋，陈宁，张晓翘．桥梁结构仿真分析技术研究，桥梁建设，1998年
【17】 石雪飞，项海帆．斜拉桥施工控制方法的分类．同济大学学报Vol．29 No．1：55-59
【18】 石雪飞．斜拉桥参数估计及施工控制系统．同济大学桥梁工程系，1999
【19】 韩大建，官万轶，颜全胜．斜拉桥施工过程的预测和控制．华南理工大学学报，Vol．29 No．1 2001(1)：14-17
【20】 雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计[M]．人民交通出版社，2000年
【21】 惠荣炎，黄国兴，易冰若．混凝土的徐变[M]．中国铁道出版社，1998
【22】 孙宝俊．混凝土徐变理论的有效模量法[J]．土木工程学报，1993，2L：66～69
【23】 郑信光，陈德伟，项海帆．斜拉桥的工程控制，全国桥梁结构学术大会论文集，1990年
【24】 郑信光，韩振勇，项海帆．桥梁节段施工过程的徐变分析，同济大学学报，No．3 1991年
【25】 钟万勰，刘元芳，纪铮．斜拉桥施工中的张拉控制和索力调整，土木工程学报，No．3 1992年
【26】 陈德伟，王小同，陈文云，范立础．斜拉桥施工控制可视化软件．同济大学学报，No．5 1998年
【27】 田仲初，颜东煌，宁平华．结合梁斜拉桥施工控制技术．长沙交通学院学报，1998年
【28】 颜东煌．对斜拉桥施工控制计算中几个问题的认识．全国桥梁结构学术大会论文集，1992年
【29】 王夷译．斜拉桥参数研究，东北公路，1990年
【30】 胡建国，崔颖超．ANSYS在斜拉桥施工控制计算中的应用．中外公路，2002年
【31】 张治成，叶贵如，王云峰，郑峰利．Kalman滤波法在钢管混凝土拱桥施工控制中的应用．全国桥梁结构学术大会论文集，2003年
【32】 徐岳等．悬索桥施工控制方法的研究，西安公路交通大学学报，No．4 1994
【33】 严国敏．现代斜拉桥．西南交通大学出版社，1996
【34】 万国朝．90年代桥梁工程发展趋势．国外公路，No．4 1995
【35】 姚玲森．桥梁工程．人民交通出版社，1985年
【36】 周念先，杨共树．预应力混凝士斜张桥．人民交通出版社，1989年
【37】 朱伯芳．有限单元法原理与应用．水利电力出版社，1979年
【38】 中华人民共和国公路交通部部标准．公路钢筋混凝土及预成力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)．人民交通出版社1985
【39】 中华人民共和国行业标准．公路斜拉桥设计规范(试行)(JTJ027-96)．人民交通出版社1996．
【40】 Pao-Hsii,Wang;Chiung-Guei,Yang. Parametric Studies on Cable-Stayed Bridges. Computers and Structures, Volume: 60, Issue: 2, July 17, 1996
【41】 Cheng, Jin;Jiang, Jian-Jiang; Xiao Ru-Cheng; Xiang,Hai-Fan. Advanced aerostatic stability analysis of cable-stayed bridges using finite-element method. Computers and Structures, Volume: 80, Issue: 13 2002
【42】 Wang, Pao-Hsii;Tang,Tzu-Yang;Zheng,Hou-Nong. Analysis of cable-stayed bridges during construction by cantilever methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. Vol.82, Issue: 4-5, 2004
【43】 Svensson,H.S; Jordet,E. The concrete cable-stayed Helgeland Bridge in Norway. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts Volume: 33, Issue: 8, 1996
【44】 Simōes, L.M.C.; Negrāo, J.H.J.O. Optimization of cable-stayed bridges with box-girder decks. Advances in Engineering Software Volume: 31, Issue: 6, June, 2000.
【45】 Mazzilli, C.E.N.; André, J.C.; Soares, M.E.S.; Ramos, I.B. A simple numerical model for the aeroelastic analysis of cable-stayed bridges. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Volume: 84, Issue: 3, February,2000
【46】 Takagi, R.; Nakamura, T.; Nakagawa, K. A new design technique for pre-stressed loads of a cable-stayed bridge. Computers & Structures Volume: 58, Issue: 3, February 3, 1996
【47】 Guan, Hong; Chen, Ym-Jung; Loo, Yew-Chaye; Xie, Yi-Min; Steven, Grant P.Bridge topology optimisation with stress, displacement and frequency constraints. Computers and Structures Volume: 81, Issue: 3, February, 2003
【48】 A.Rytter, M.Krawezuk, P.H.Kirkergaard, Experiment And Numerical Study fo Damaged Cantilever. Journal of Enginerring Mechanics, January 2000
【49】 Tan,K.H; Mansur.M.A ,Partial Prestressed in Corbels and Deep Beams, ACI Structural Journal, 1996
【50】 Robert Pierce,Better from above, Concrete construction November,2000
【51】 Hognestad E. Concrete Distribution in Ultimate Strength Design. ACI,Dec,1995
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