一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，该方法包括以下步骤：首先确定用于表述空缆线形的未知数；然后根据各跨高差和跨径闭合、无应力长度守恒、以及散索鞍力矩的平衡等条件来建立方程；接着，将方程中的非未知量参数表达成未知量的函数，并代入到方程组中；再利用规划求解方法求解方程组，一次性获得未知量的值，最后运用得到的值调整并确定主缆和索鞍的初始安装位置并完成安装。通过本发明专利技术方法可以精确地确定悬索桥空缆线形参数(主缆水平力、悬链线方程参数、主索鞍预偏量和散索鞍预偏角等)。方法使用方便，结果精确可靠，可用于悬索桥施工控制，指导施工。

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法
本专利技术属于桥梁施工监控领域，特别涉及一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法。
技术介绍
悬索桥由主缆、吊杆、桥塔、锚碇、主索鞍、散索鞍和索夹等构成。悬索桥结构设计、施工计算的最终目的是高精度地达到设计所要求的成桥状态。首先由设计参数和外荷载确定出成桥主缆的理论线形，它为施工计算提供数据源。主缆一经架设完成很难进行后期线形调整，因此精准的空缆线形和主/散索鞍预偏量是实现悬索桥成桥设计线形的关键因素。这些参数的精确计算需考虑主索鞍和散索鞍圆弧的影响，以及塔顶标高预抬高的影响。索鞍的作用是使主缆沿一定的曲线转向，因而直接约束着主缆的变形，在任何情况下主缆均应与鞍座相切。主索鞍一般只有一段圆弧，而散索鞍有多段不等半径的圆弧，给边跨和锚跨的线形计算造成一些麻烦。主索鞍和散索鞍在安装时均有预偏量。在成桥状态，主索鞍两侧的主缆水平分力相同，散索鞍两侧主缆轴向拉力对转动点力矩平衡。但是各跨作用在主缆上的外荷载并不相等，例如主跨较长，荷载较重，而边跨荷载较轻，甚至没有吊索荷载。在空缆状态这些外荷载还没有施加，这种状态的主缆内力相当于成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定用于表述悬索桥空缆线形的未知数；(2)利用各跨高差和跨径闭合、无应力长度守恒、以及散索鞍力矩的平衡等条件建立方程；(3)将主跨的参数表达成未知数的函数；(4)将左边跨的参数表达成未知数的函数；(5)将右边跨的参数表达成未知数的函数；(6)将左锚跨的参数表达成未知数的函数；(7)将右锚跨的参数表达成未知数的函数；(8)将函数带入步骤(2)中的方程求解得出空缆线形和索鞍预偏量；(9)利用步骤(8)中得出的空缆线形和索鞍预偏量进行悬索桥的索鞍和主缆安装。

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定用于表述悬索桥空缆线形的未知数；(2)利用各跨高差和跨径闭合、无应力长度守恒、以及散索鞍力矩的平衡等条件建立方程；(3)将主跨的参数表达成未知数的函数；(4)将左边跨的参数表达成未知数的函数；(5)将右边跨的参数表达成未知数的函数；(6)将左锚跨的参数表达成未知数的函数；(7)将右锚跨的参数表达成未知数的函数；(8)将函数带入步骤(2)中的方程求解得出空缆线形和索鞍预偏量；(9)利用步骤(8)中得出的空缆线形和索鞍预偏量进行悬索桥的索鞍和主缆安装。2.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中用于表述悬索桥空缆线形的未知数包括：各跨主缆水平力：H'a,L,H′s,L,H'm,H′s,R,H'a,R；H’s,L＝H’m＝H’s,R，可看作一个未知量；各跨主缆悬链线方程参数：a'a,L,a′s,L,a'm,a′s,R,a'a,R；各跨主缆悬链线段的水平投影长度：l'a,L,l′s,L,l'm,l′s,R,l'a,R；主索鞍预偏量：Δm,L,Δm,R；散索鞍预偏角：αs,L,αs,R；其中下标a,s和m分别表示锚跨、边跨和主跨；下标L和R分别表示左跨和右跨；上标'代表空缆状态的参数。3.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中建立方程的具体步骤如下：(2.1)各跨高差闭合条件Δhm＝Δh'mΔhs1＝Δh′s,LΔhs2＝Δh′s,RΔha1＝Δh'a,LΔha2＝Δh'a,R其中，Δhm是成桥时左右主索鞍的圆心C1和C2之间的已知高差，Δh’m是用空缆未知参数表示的Δhm；Δhs1是成桥时左散索鞍转动中心I1和左主索鞍圆心C1的已知高差，Δh’s,L是用空缆未知参数表示的Δhs1；Δha1、Δh’a,L分别是成桥、空缆时左锚点A1与左散索鞍转动中心I1的高差，前者为已知条件，后者表达成上述空缆未知参数的函数；下标“1”和“2”分别代表左跨和右跨；(2.2)各跨水平距离闭合条件Lm＝L'mLs1＝L's,LLs2＝L's,RLa1＝L'a,LLa2＝L'a,R其中，Lm、L’m分别是成桥、空缆时左右塔中心线的间距，前者为已知条件，后者可表达成上述空缆未知参数的函数；Ls1、L’s,L分别是成桥、空缆时左散索鞍转动中心I1到左塔中心线水平距离；La1、L’a,L分别是成桥、空缆时左锚点A1与左散索鞍转动中心I1的水平距离；(2.3)各跨无应力长度守恒Sm＝S'mSs,L＝S′s,LSs,R＝S′s,RSa,L＝S'a,LSa,R＝S'a,R其中，S和S’分别是成桥、空缆时各跨主缆的无应力长度；(2.4)散索鞍转动中心力矩平衡式中，I2是右散索鞍的转动中心。4.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中将主跨参数表达成未知数的函数的具体步骤如下：其中主跨参数是指：主索鞍成桥状态圆心C1和C2间的高差Δh'm、桥塔中心线的间距L'm和主跨主缆的无应力长度S'ml；(3.1)左右主索鞍成桥状态圆心C1和C2间的高差Δh'm表达为：式中，Δht,L和Δht,R分别是左、右塔顶标高预抬高量；Δh’c,m是空缆悬链线段两端点F′1和F′2的高差，表示为式中，l'm是空缆悬链线段F′1F′2的水平投影长度；c'm＝H'm/q'，H'm为空缆水平力(kN)，q’为空缆自重荷载集度(kN/m)；(3.2)空缆时主塔中心线的间距L'm表达为：L'm＝-Δm,L-R1sinγ1+R1sinβ′4+l'm+R2sinβ′5-Δm,R-R2sinγ2式中，Δm,L、Δm,R分别是左、右主索鞍的预偏量；(3.3)空缆状态下主跨主缆的无应力长度S'ml表达为：式中，S′c,m、和分别是主跨主缆悬链线段F′1F′2、左索鞍圆弧段D'1F′1、和右索鞍圆弧段F′2D′2的无应力长度，并分别表示为：5.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中将左边跨参数表达成未知数的函数的具体步骤如下：其中左边跨参数是指：左散索鞍转动中心I1与左主索鞍圆心C1的高差ΔH′s,L、左散索鞍转动中心I1到左塔中心线水平距离L's,L、左边跨主缆的无应力长度S′sl,L；(4.1)左散索鞍转动中心I1和左主索鞍圆心C1的高差Δh′s,L表达为：式中，lK,L和lI,L分别是左散索鞍IP点到圆心K1和转动中心I1的距离；αs,L是左散索鞍预偏角，为原竖直线Z1K1在左散索鞍偏转动后与竖直线的夹角；Δh’c,s,L是左边跨悬链线段的高差，(4.2)空缆时左散索鞍转动中心I1到左塔中心线水平距离L's,L表示为：L's,L＝(lK,L-lI,L)sin(ω1+αs,L)-r4,Lsinβ′2+l′s,L+R1(sinβ′3+sinγ1)+Δm,L式中，l′s,L是左边跨主缆悬链线段的水平投影长度；(4.3)空缆状态下的左边跨无应力长度S′sl,L表示为：式中，S′c,s,L,和分别是空缆左边跨悬链线段Q1E'1、散索鞍圆弧段D'3Q1和主索鞍圆弧段E'1D'1的无应力长度，分别表示为：6.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中将右边跨的参数表达成未知数的函数的具体步骤如下：其中右边跨参数是指：右主索鞍圆心C2与右散索鞍转动中心I2的高差ΔH′s,R、右散索鞍转动中心I2到右塔中心线水平距离L'l,R、右边跨主缆的无应力长度S′s,R；(5.1)右主索鞍圆心C2与右散索鞍转动中心I2的高差ΔH′s,R表达为：式中，αs,R是右散索鞍预偏角，为原竖直线Z2K2在右散索鞍预偏转动后与竖直线的夹角；Δh’c,s,R是右边跨主缆悬链线段的高差，(5.2)空缆时右散索鞍转动中心I2到右塔中心线的水平距离L'l,R表达为：L'l,R＝(lK,R-lI,R)sin(ω2+αs,R)-r4,Rsinβ′7+l′l,R+R2sinβ′6+R2sinγ2+Δm,R(5.3)空缆状态下的右边跨无应力长度S′sl,R表示为：式中，S′c,s,R，和分别是主缆悬链线段E'2Q2，主索鞍圆弧段D'2E'2，散索鞍圆弧段Q2D'4的无应力长度，分别表达为：7.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，其特征在于，所述步骤(6)中将左锚跨的参数表达成未知数的函数的具体步骤如下：其中左锚跨参数是指：锚点A1与散索鞍转动中心I1间的高差Δh'a,L和水平距离L'a,L、锚跨主...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文明，田根民，刘钊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32