箱梁无应力构形修正方法、系统、设备及可读存储介质与流程

1.本技术涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种箱梁无应力构形修正方法、系统、设备及可读存储介质。


背景技术：

2.目前，随着大跨度桥梁的建设，钢箱梁以其结构自重小、抗拉强度高和弹性模量高等特点被逐渐应用于大跨度斜拉桥、大跨度悬索器和大跨度斜拉
‑
悬吊桥中，在桥梁结构中具有重要的地位。其中，在箱梁结构的设计过程中，需要给出各个箱梁节段的无应力构形尺寸(工程人员一般称其为制造尺寸)，以供工程人员根据该制造尺寸进行下料制造箱梁节段，并安装该箱梁节段完成桥梁的施工。
3.但是，在箱梁节段的制备过程中，多种因素会造成箱梁节段的无应力构形尺寸存在误差，比如钢结构在工厂下料制造时产生的制造误差、箱梁节段之间进行组拼时产生的拼接误差等；且箱梁节段的无应力构形的误差会随着施工进展得到累积，若是在进行桥梁合龙时，合龙节段仍采用预设的的无应力构形下料制造，使桥梁结构合龙并施工至成桥状态，将会导致结构的成桥状态与目标成桥状态发生偏离，影响桥梁结构的使用性能，甚至危及桥梁结构的安全。


技术实现要素：

4.本技术提供一种箱梁无应力构形修正方法、系统、设备及可读存储介质，以解决相关技术中由于箱梁节段的无应力构形尺寸存在误差而导致桥梁实际成桥状态与目标成桥状态发生偏离的问题。
5.第一方面，提供了一种箱梁无应力构形修正方法，包括以下步骤：
6.基于预设的成桥线形建立有限元模型；
7.基于所述有限元模型和已安装箱梁节段的实际结构线形计算已安装箱梁节段的实际无应力构形；
8.根据已安装箱梁节段的预设无应力构形和所述实际无应力构形计算已安装箱梁节段的构形误差累加量；
9.根据所述构形误差累加量和预设的合龙节段无应力构形尺寸计算得到合龙节段的无应力构形修正尺寸。
10.一些实施例中，所述构形误差累加量包括无应力长度误差量和无应力角度误差量。
11.一些实施例中，所述已安装箱梁节段为主梁的已安装箱梁节段。
12.第二方面，提供了一种箱梁无应力构形修正系统，包括：
13.模型创建模块，其用于基于预设的成桥线形建立有限元模型；
14.第一计算模块，其用于基于所述有限元模型和已安装箱梁节段的实际结构线形计算已安装箱梁节段的实际无应力构形；
15.第二计算模块，其用于根据已安装箱梁节段的预设无应力构形和所述实际无应力构形计算已安装箱梁节段的构形误差累加量；
16.第三计算模块，其用于根据所述构形误差累加量和预设的合龙节段无应力构形尺寸计算得到合龙节段的无应力构形修正尺寸。
17.一些实施例中，所述构形误差累加量包括无应力长度误差量和无应力角度误差量。
18.一些实施例中，所述已安装箱梁节段为主梁的已安装箱梁节段。
19.第三方面，提供了一种箱梁无应力构形修正设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现前述的箱梁无应力构形修正方法。
20.第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令被计算机执行时，使得所述计算机执行前述的箱梁无应力构形修正方法。
21.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：可修正箱梁节段的无应力构形尺寸，提高了桥梁结构的控制精度，使得桥梁实际成桥状态与目标成桥状态基本一致。
22.本技术提供了一种箱梁无应力构形修正方法、系统、设备及可读存储介质，包括：基于预设的成桥线形建立有限元模型；基于所述有限元模型和已安装箱梁节段的实际结构线形计算已安装箱梁节段的实际无应力构形；根据已安装箱梁节段的预设无应力构形和所述实际无应力构形计算已安装箱梁节段的构形误差累加量；根据所述构形误差累加量和预设的合龙节段无应力构形尺寸计算得到合龙节段的无应力构形修正尺寸。本技术通过有限元模型完成了已安装箱梁节段的构形误差累加量的识别，并根据该构形误差累加量实现了箱梁节段的无应力构形尺寸的修正，避免了由于箱梁节段无应力构形尺寸存在误差而导致的成桥状态出现偏离，提高了桥梁结构的控制精度，使得桥梁实际成桥状态与目标成桥状态基本一致。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的一种箱梁无应力构形修正方法的流程示意图；
25.图2为本技术实施例提供的箱梁斜拉桥桥式立面布置图；
26.图3为本技术实施例提供的预设的合龙节段无应力构形示意图；
27.图4为本技术实施例提供的构形累积误差下的箱梁合龙口姿态图；
28.图5为本技术实施例提供的修正后的合龙节段无应力构形示意图；
29.图6为本技术实施例提供的合龙节段按预设的无应力构形合龙至成桥后的最终成桥状态的箱梁竖向线形以及按无应力构形修正尺寸合龙至成桥后的最终成桥状态的箱梁竖向线形与目标状态线形的对比图；
30.图7为本技术实施例提供的合龙节段按预设的无应力构形合龙至成桥后的最终成
桥状态的箱梁弯矩以及按无应力构形修正尺寸合龙至成桥后的最终成桥状态的箱梁弯矩与目标状态弯矩的对比图；
31.图8为本技术实施例提供的合龙节段按预设的无应力构形合龙至成桥后的最终成桥状态的斜拉索索力以及按无应力构形修正尺寸合龙至成桥后的最终成桥状态的斜拉索索力与目标状态索力的对比图；
32.图9为本技术实施例提供的一种箱梁无应力构形修正系统的结构示意图；
33.图10本技术实施例提供的一种箱梁无应力构形修正设备的结构示意图。
34.图中：1
‑
斜拉索，2
‑
主塔，3
‑
主梁，4
‑
合龙节段。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.本技术实施例提供了一种箱梁无应力构形修正方法、系统、设备及可读存储介质，其能解决相关技术中由于箱梁节段的无应力构形尺寸存在误差而导致桥梁实际成桥状态与目标成桥状态发生偏离的问题。
37.图1是本技术实施例提供的一种箱梁无应力构形修正方法的流程示意图，其包括以下步骤：
38.步骤s10：基于预设的成桥线形建立有限元模型；
39.步骤s20：基于所述有限元模型和已安装箱梁节段的实际结构线形计算已安装箱梁节段的实际无应力构形；
40.步骤s30：根据已安装箱梁节段的预设无应力构形和所述实际无应力构形计算已安装箱梁节段的构形误差累加量；
41.步骤s40：根据所述构形误差累加量和预设的合龙节段无应力构形尺寸计算得到合龙节段的无应力构形修正尺寸。
42.示范性的，根据指定的成桥线形建立桥梁结构的有限元模型，基于该有限元模型并依据施工步骤进行施工过程的有限元计算，得到有限元分析结果，根据该有限元分析结果和已安装箱梁节段的实际结构线形结合识别出已安装箱梁节段的实际无应力构形，通过该实际无应力构形分别对合龙节段两侧的每个已安装箱梁节段的预设无应力构形进行对比，得到每个已安装箱梁节段的构形误差量δ，其中，该构形误差量包括无应力长度误差量和无应力角度误差量；当识别出所有已安装箱梁节段的构形误差量时，将其根据公式(1)进行累加，即可得到构形误差累加量δδ，
[0043][0044]
其中，n表示已安装箱梁节段的数量；δ
i
表示第i个已安装箱梁节段的构形误差量；
[0045]
再根据公式(2)计算合龙节段的无应力构形修正尺寸，即将预设的合龙节段无应力构形尺寸减去构形误差累加量得到合龙节段的无应力构形修正尺寸，
[0046]
c
′
＝c
‑
δδ (2)
[0047]
其中，c
′
为合龙节段的无应力构形修正尺寸，c为预设的合龙节段无应力构形尺寸，δδ为构形误差累加量；
[0048]
由此可见，本技术通过有限元模型的分析结果和已安装箱梁节段的实际结构线形完成了已安装箱梁节段的构形误差累加量的识别，并根据该构形误差累加量实现了箱梁节段的无应力构形尺寸的修正，避免了由于箱梁节段无应力构形尺寸存在误差而导致成桥状态发生偏离，进而危及桥梁线形和安全的问题出现，提高了桥梁结构的控制精度，使得桥梁实际成桥状态与目标成桥状态一致。
[0049]
示范性的，根据该无应力构形修正尺寸c
′
下料制造合龙节段，并通过机械装置安装该合龙节段，施工至成桥状态，此时桥梁的实际成桥线形自动逼近预设的目标成桥线形，提高了桥梁结构的控制精度，使得桥梁实际成桥状态与目标成桥状态一致，进而有效保证了桥梁结构的使用性能和安全型。
[0050]
更进一步的，在本技术实施例中，已安装箱梁节段为主梁的已安装箱梁节段，即不需要对每个箱梁节段均做无应力构形的修正，只需对主梁的已安装箱梁节段做无应力构形的修正即可，原因为：(1)虽然对每个箱梁节段均做无应力构形修正，可以准确反映出无应力构形的误差，但是，监测单位需要对同一工况进行多次测量，确保测量结构线形和索力的准确性，存在监测工作量大的问题；(2)由于待安装箱梁节段的无应力构形制造需要一定的时间，而待安装箱梁节段在架设前早已完成制造，若对每个待安装箱梁节段的无应力构形均进行制造修正，将存在修正工作量大的问题。不过，由于单个箱梁节段无应力构形的制造误差较小，当累积到一定数值时，一般无应力长度误差累加到1～2cm时，可在后续待安装箱梁节段中，通过选择不影响施工进度的箱梁节段进行无应力构形修正。
[0051]
一般中等跨度桥梁结构，可将箱梁节段的无应力构形累计误差在合龙节段进行修正；理由为：(1)由于主梁长度小，其累积的无应力构形误差可通过一个箱梁节段完成修正；(2)施工周期时间允许，由于主梁在合龙前期，需要对主梁、主塔进行多次线形测量，测量数据能准确反映出主梁无应力构形的累积误差，且主梁在合龙前需要进行合龙方案商讨、施工措施准备等多项工作安排，可将该时间差作为合龙节段的制造修正。因此，对于主梁结构，只要在合龙节段处修正构形误差累加量，确保主梁的整体无应力状态量与目标状态整体无应力状态量一致，主梁无应力状态量累积误差是否分散在其他节段，对结构状态的影响较小。因此，在实际桥梁监控中，可以采用合龙节段修正无应力构形的方式，将构形误差累加量对结构状态的影响降至最小，实现结构成桥状态逼近目标成桥状态。
[0052]
以下结合一实例对本技术的一种箱梁无应力构形修正方法进行具体说明。
[0053]
以公铁两用双塔五跨钢箱梁斜拉桥为例详述本技术，参见图2所示，该斜拉桥位于
①
#墩～
⑥
#墩之间，孔跨布置为(55+92.5+280+92.5+55)m，全桥总长为575m，结构纵向不设坡度；该斜拉桥包含斜拉索1、主塔2、主梁3三部分结构。其中，主梁3在主塔2处设置0#箱梁节段，长度2.5m，主塔2两侧共设有12个箱梁节段，1#箱梁节段长度为10m，2#箱梁节段～11#箱梁节段为标准节段，长度12.5m；跨中设合龙节段4，预设的合龙节段4无应力构形如图3所示，长度为7.5m，两端截面线与中心线夹角为90度；桥梁采用分阶段悬臂安装。
[0054]
首先，建立桥梁结构的有限元模型，依据分阶段悬臂安装进行施工过程的有限元计算，得到有限元分析结果，根据该有限元分析结果和已安装箱梁节段的实际结构线形结合识别出已安装的箱梁节段的实际无应力构形，并确定出3#塔侧的8#箱梁节段、9#箱梁节
段、10#箱梁节段、11#箱梁节段的无应力长度误差均为3mm，无应力角度误差均为2.5度；确定出4#塔侧的8#箱梁节段、9#箱梁节段、10#箱梁节段、11#箱梁节段的无应力长度误差均为4mm，无应力角度误差均为
‑
3.75度；
[0055]
参见图4所示，当箱梁节段安装至中跨合龙前，根据识别出所有已安装箱梁节段的构形误差量，依据公式(1)确定出箱梁结构在悬臂端的构形误差累加量，即3#塔侧箱梁节段的无应力长度误差累加量δδ
l3
为12mm，无应力角度误差累加量δδ
θ3
为10度；4#塔侧箱梁节段的无应力长度误差累加量δδ
l4
为16mm，无应力角度误差累加量δδ
θ4
为
‑
15度；
[0056]
再根据公式(2)修正合龙节段4的无应力构形，得到合龙节段4的无应力修正长度为7.5
‑
0.012
‑
0.016＝7.472m；合龙节段4在3#塔侧的无应力修正角度为90
‑
10＝80度，在4#塔侧的无应力修正角度为90+15＝105度，修正后的无应力构形如图5所示；
[0057]
最后，按无应力构形修正尺寸下料制造合龙节段4，并安装合龙节段4，施工至成桥状态状态，此时桥梁的成桥状态自动逼近设计目标状态。
[0058]
为了进一步说明本技术的技术优势，将合龙节段4按预设的无应力构形合龙至成桥称为方案1；将合龙节段4按无应力构形修正尺寸合龙至成桥称为方案2。其中，两种方案成桥后，如图6所示，图中x表示主梁顺桥向坐标(从左至右方向为正)，顺桥向坐标0点位移中跨主梁跨中，y表示主梁竖向位移，向上变形为正，该图展示了最终成桥状态的箱梁竖向线形与目标状态线形的对比；如图7所示，图中x表示主梁顺桥向坐标(从左至右方向为正)，顺桥向坐标0点位移中跨主梁跨中，y表示主梁面内弯矩，该图展示了最终成桥状态的箱梁弯矩与目标状态弯矩的对比；如图8所示，图中x表示斜拉索位置，不同编号代表不同的位置；y表示斜拉索塔端张拉力，最终成桥状态的斜拉索索力与目标状态索力的对比；由图6至图8，可以看出方案1成桥最终状态的线形和内力均偏离目标状态，而方案2成桥最终状态的线形和内力均与目标状态一致，说明采用本技术技术可以解决节段制造误差对结构状态的影响，保证了桥梁结构控制精度，提高了桥梁安全，同时节省了施工周期。
[0059]
参见图9所示，本技术实施例还提供了一种箱梁无应力构形修正系统，其包括：
[0060]
模型创建模块，其用于基于预设的成桥线形建立有限元模型；
[0061]
第一计算模块，其用于基于所述有限元模型和已安装箱梁节段的实际结构线形计算已安装箱梁节段的实际无应力构形；
[0062]
第二计算模块，其用于根据已安装箱梁节段的预设无应力构形和所述实际无应力构形计算已安装箱梁节段的构形误差量；
[0063]
第三计算模块，其用于根据所述构形误差量和预设的合龙节段无应力构形尺寸计算得到合龙节段的无应力构形修正尺寸。
[0064]
由此可见，本技术通过有限元模型完成了已安装箱梁节段的构形误差累加量的识别，并根据该构形误差累加量实现了箱梁节段的无应力构形尺寸的修正，避免了由于箱梁节段无应力构形尺寸存在误差而导致的成桥状态发生偏离，进而危及桥梁线形和安全的问题出现，提高了桥梁结构的控制精度，使得桥梁实际成桥状态与目标成桥状态一致。
[0065]
更进一步的，在本技术实施例中，所述构形误差累加量包括无应力长度误差量和无应力角度误差量。
[0066]
更进一步的，在本技术实施例中，所述已安装箱梁节段为主梁的已安装箱梁节段。
[0067]
需要说明的是，所属本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简
洁，上述描述的系统和各模块的具体工作过程，可以参考前述箱梁无应力构形修正方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0068]
上述实施例提供的系统可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图10所示的箱梁无应力构形修正设备上运行。
[0069]
本技术实施例还提供了一种箱梁无应力构形修正设备，包括：通过系统总线连接的存储器、处理器和网络接口，存储器中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器加载并执行，以实现前述的箱梁无应力构形修正方法的全部步骤或部分步骤。
[0070]
其中，网络接口用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的箱梁无应力构形修正设备的限定，具体的箱梁无应力构形修正设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0071]
处理器可以是cpu，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器，或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
[0072]
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如视频播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如视频数据、图像数据等)等。此外，存储器可以包括高速随存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmedia card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他易失性固态存储器件。
[0073]
本技术施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的箱梁无应力构形修正方法的全部步骤或部分步骤。
[0074]
本技术实施例实现前述的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的仼何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read
‑
onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0075]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的
计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0076]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0077]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0078]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0079]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。