本發(fā)明屬于橋梁工程，涉及到懸索橋，特別涉及到一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、懸索橋的線形設(shè)計不僅對其結(jié)構(gòu)的安全性和性能至關(guān)重要，還直接影響著施工過程的復(fù)雜性和成本。近三十年來，隨著研究的深入，懸索橋非線性有限元理論逐漸精細(xì)化，考慮的細(xì)節(jié)更多、更符合實際情況、更能滿足設(shè)計和施工控制計算的需要，這些進(jìn)步均有利于把握構(gòu)造細(xì)節(jié)對懸索橋線形、內(nèi)力、無應(yīng)力索長等的影響。我國懸索橋設(shè)計規(guī)范計算采用的是分段懸鏈線方法，各跨主纜的懸鏈線虛交點稱為理論頂點。懸索橋在施工過程中由于現(xiàn)場環(huán)境和施工誤差的影響，使得塔梁與成橋設(shè)計的坐標(biāo)產(chǎn)生不可避免的誤差，同時，由于主塔和主梁(自錨式懸索橋)在外荷載和收縮徐變效應(yīng)的影響下產(chǎn)生壓縮，因此，目前用于空纜線形計算的理論頂點一般基于成橋設(shè)計理論頂點加上施工節(jié)段誤差與抵消塔梁壓縮的預(yù)偏量。

2、懸索橋在空纜架設(shè)到成橋的過程中，位于主塔鞍座處的主纜索股水平夾角總是會產(chǎn)生變化，這是由于吊索通過索夾固定于主纜上，使得主纜懸空段整體受到了向下的作用力，從而使得主纜張力急劇變大，因此發(fā)生了幾何大變形，并且整體呈現(xiàn)明顯的非線性效應(yīng)。同時主塔鞍座與索股的接觸分離點會產(chǎn)生偏移，具體表現(xiàn)為空纜線形的懸鏈線理論頂點低于成橋設(shè)計理論頂點，因此以成橋設(shè)計頂點為基礎(chǔ)的理論頂點需要經(jīng)過修正后才能用于空纜線形的計算。在采用分段懸鏈線理論進(jìn)行懸索橋主纜線形計算時，成橋線形計算的諸多參數(shù)如各段無應(yīng)力長度和以成橋設(shè)計頂點為基礎(chǔ)的各個控制點均直接用于空纜線形計算中。體系轉(zhuǎn)換過程中，主纜各分段吊點間無應(yīng)力長度始終保持不變，然而，特別的，雖然空纜線形計算采用成橋設(shè)計階段得出的無應(yīng)力長度進(jìn)行計算，即全橋無應(yīng)力長度不變，但是由于空纜主纜理論頂點的誤差使得與主鞍座相鄰的左右兩個吊點間中心索股的無應(yīng)力長度不再是成橋狀態(tài)的無應(yīng)力長度，這直接影響了空纜線形的準(zhǔn)確性。在傳統(tǒng)設(shè)計方法中往往無法充分考慮到空纜理論頂點的修正，從而產(chǎn)生線形計算誤差，且這種誤差是非線性的，具體表現(xiàn)為施工現(xiàn)場實際情況對線形的影響，導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)預(yù)料之外的困難和延期。

3、因此，針對懸索橋施工過程中的實際需求，有必要提出一種新的、能夠在空纜線形計算中充分考慮到理論頂點修正的方法。這種新方法能夠在設(shè)計階段就精確、高效的考慮到施工過程空纜架設(shè)與主索鞍實際安裝位置以及反映真實的空纜線形。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明實際需要解決的問題是：考慮成橋線形計算和空纜線形計算時的實際差異，精細(xì)化計算空纜理論頂點以及鞍座處實際無應(yīng)力長度，從而保證空纜線形計算的準(zhǔn)確性。

2、為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法。該方法包括以下步驟：

3、步驟1：基于已知參數(shù)，進(jìn)行成橋線形計算分析，輸出成橋狀態(tài)下各跨無應(yīng)力長度及主纜內(nèi)力；

4、步驟2：根據(jù)成橋計算結(jié)果及主鞍座兩側(cè)切點坐標(biāo)cq_tp1、cq_tp2，分別求解成橋主纜線形理論頂點到主鞍座左側(cè)切點無應(yīng)力長度cq_s_ip0_tp1，成橋主纜線形理論頂點到主鞍座右側(cè)切點無應(yīng)力長度cq_s_ip0_tp2；

5、步驟3：根據(jù)成橋理論頂點處索端力以及鞍座參數(shù)，計算鞍座左切點cq_tp1處單股拉力cq_t1、鞍座右切點cq_tp2處單股拉力cq_t2，由此計算左切點cq_tp1至右切點cq_tp2間中心索股無應(yīng)力長度cq_s_tp1_tp2，計算成橋主鞍座相鄰左右兩個吊點間的中心索股無應(yīng)力長度，即成橋狀態(tài)吊點-主鞍座-吊點主纜無應(yīng)力總索長cq_s_dl_dr；

6、步驟4：進(jìn)行空纜線形計算分析，若為首次計算，則采用以成橋理論頂點cq_ip0為基礎(chǔ)的理論頂點作為空纜理論頂點kl_ip0初值進(jìn)行計算，根據(jù)空纜線形計算結(jié)果，獲得主鞍座兩側(cè)切點坐標(biāo)kl_tp1、kl_tp2，分別求解空纜線形理論頂點到主鞍座左側(cè)切點無應(yīng)力長度kl_s_ip0_tp1，空纜線形理論頂點到主鞍座右側(cè)切點無應(yīng)力長度kl_s_ip0_tp2；

7、步驟5：根據(jù)空纜理論頂點處索端力以及鞍座參數(shù)，計算鞍座左切點kl_tp1處單股拉力kl_t1、鞍座右切點kl_tp2處單股拉力kl_t2，由此計算左切點kl_tp1至右切點kl_tp2間中心索股無應(yīng)力長度kl_s_tp1_tp2，最后計算空纜狀態(tài)主鞍座相鄰左右兩個吊點間的中心索股無應(yīng)力長度，即空纜狀態(tài)吊點-主鞍座-吊點無應(yīng)力總索長kl_s_dl_dr；

8、步驟6：計算成橋狀態(tài)和空纜狀態(tài)的的吊點-主鞍座-吊點的無應(yīng)力總長度差值絕對值d是否滿足精度要求，即判斷d＝|cq_s_dl_dr-kl_s_dl_dr|＜ε＝0.0001是否滿足要求，若滿足要求，則繼續(xù)執(zhí)行步驟7，若不滿足要求，則修正空纜線形理論頂點，循環(huán)迭代計算直至誤差d滿足精度要求；

9、步驟7：根據(jù)滿足精度要求的空纜理論頂點調(diào)整值，將調(diào)整后的空纜線形理論頂點，重新帶入空纜線形計算，輸出最終空纜線形參數(shù)。通過多次循環(huán)和迭代計算修正空纜線形理論頂點，可精確高效的求解空纜線形。

10、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

11、(1)本發(fā)明精確計算了空纜狀態(tài)理論頂點，考慮了帶鞍座無應(yīng)力索長修正的空纜線形計算，采用推導(dǎo)計算出的空纜理論頂點進(jìn)行空纜線形計算，從而真實地反映了主纜線形體系轉(zhuǎn)換前后的變化。

12、(2)本發(fā)明在保證全橋主纜無應(yīng)力長度在空纜狀態(tài)和成橋狀態(tài)嚴(yán)格一致的原則下修正鞍座處無應(yīng)力長度，計算方法精度高且易收斂。

13、(3)本文所述方法適用于獨塔、雙塔以及多塔懸索橋空纜線形計算，對于獨塔懸索橋，只需對該獨塔主鞍座進(jìn)行空纜理論頂點迭代修正即可，針對雙塔及多塔懸索橋，通過對各個主鞍座逐一循環(huán)修正，通過內(nèi)外嵌套循環(huán)迭代計算空纜理論頂點以及空纜線形的方式，來達(dá)到所有空纜理論頂點迭代修正的目的。

14、本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：所述步驟2中主纜理論頂點ip0至主鞍座左側(cè)切點tp1或右側(cè)切點tp2的無應(yīng)力索長求解算法如下：

3.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中成橋狀態(tài)吊點-主鞍座-吊點無應(yīng)力總長度cq_s_dl_dr的計算方法如下：

4.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)所述步驟4，獲取空纜線形計算后的主鞍座兩側(cè)切點坐標(biāo)，兩側(cè)切點間中心索股無應(yīng)力長度的計算方法如下：

5.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟5中的吊點-主鞍座-吊點的主纜無應(yīng)力總長度kl_s_dl_dr，是基于空纜線形計算的，具體求解過程如下：

6.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟6中修正空纜線形理論頂點的算法如下：

7.一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)所述步驟7，進(jìn)入最后一個模塊，根據(jù)修正后的空纜線形理論頂點，重新進(jìn)行空纜線形計算，輸出最終空纜線形參數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種懸索橋空纜線形理論頂點優(yōu)化方法，包括步驟1：基于已知參數(shù)，進(jìn)行成橋線形計算；步驟2：分別計算成橋主纜理論頂點到主鞍座兩側(cè)切點無應(yīng)力索長；步驟3：計算成橋主鞍座相鄰左右兩個吊點間的無應(yīng)力總索長；步驟4：分別求解空纜線形理論頂點到主鞍座兩側(cè)切點無應(yīng)力索長；步驟5：計算空纜主纜鞍座相鄰左右兩個吊點間的無應(yīng)力總索長；步驟6：根據(jù)成橋計算和空纜計算的吊點?主鞍座?吊點的無應(yīng)力總索長差值修正空纜理論頂點；步驟7：修正空纜理論頂點并帶入空纜線形計算，循環(huán)迭代直至差值滿足精度要求，輸出最終空纜線形。通過多次循環(huán)迭代修正空纜線形理論頂點，可精確高效的求解空纜線形。

技術(shù)研發(fā)人員：李建慧,杜義,安紅紅,湯勝龍,林陳煥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21