一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法技术

本发明专利技术公开了一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，涉及悬索桥技术领域，包括步骤：根据IP点边跨侧三向分力计算IP点锚跨侧三向分力初始值；根据IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力，计算得到初始的散索鞍圆心坐标和锚跨线形，再通过计算得到散索鞍处的不平衡力、锚固点竖坐标和横坐标与预设值的差值；基于IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对IP点锚跨侧三向分力初始值进行优化，直至不平衡力满足预设精度，且竖坐标和横坐标与预设值的差值均满足预设精度，得到最终的散索鞍圆心坐标和锚跨线形。本发明专利技术，将成桥状态下锚跨线形的确定与散索鞍位置的确定关联起来，使得到的散索鞍位置完全适应锚跨线形，结果精确可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法
本专利技术涉及悬索桥
，具体涉及一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法。
技术介绍
悬索桥设计时，一般是根据主缆的理论交点(IP点)的位置，采用解析表达式法计算各跨主缆的成桥线形，然后根据成桥线形确定鞍座的位置。这种确定方法属于分离法，具有先后顺序，而进行成桥线形计算时与鞍座位置没有任何关系，计算过程相对独立。对于沿斜面滑动或绕转轴转动的散索鞍，在计算锚跨成桥线形时存在以下问题：1、在计算锚跨成桥线形时，由于鞍座的位置尚未确定，平衡条件只能建立在虚拟的IP点处，和散索鞍鞍座没有关系，而真正的平衡条件应是鞍座的平衡，因此分离法只能满足在IP点处的虚拟平衡，并不是真正的平衡；2、上述方法计算鞍座位置的思路是鞍座位置要适应锚跨和边跨的线形，因此鞍座位置的精确度完全取决于锚跨和边跨线形的精度，而在计算锚跨设计线形时存在多种假设，锚跨线形的精度无法保证，进而影响鞍座位置的精度；3、采用分离法建立平衡条件时，由于尚未确定散索鞍的位置，散索鞍自重产生的力矩就不能准确计算，往往需要忽略自重的影响，因此会产生误差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷之一，本专利技术的目的在于提供一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，将成桥状态下锚跨线形的确定与散索鞍位置的确定关联起来，结果精确可靠。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其包括步骤：基于主缆边跨侧和锚跨侧在散索鞍IP点处索力相等的条件，根据IP点边跨侧三向分力计算IP点锚跨侧三向分力初始值；根据IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力，计算得到初始的散索鞍圆心坐标和锚跨线形，再通过计算得到散索鞍处的不平衡力、锚固点竖坐标和横坐标与预设值的差值；基于IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对该IP点锚跨侧三向分力初始值进行优化，直至不平衡力满足预设精度，且竖坐标和横坐标与预设值的差值均满足预设精度，得到最终的散索鞍圆心坐标和锚跨线形。在上述技术方案的基础上，通过建立悬链线方程、切点几何位置方程、相切关系方程及圆心位置方程，计算得到散索鞍圆心坐标、锚跨切点坐标、IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度、以及IP点到边跨切点的悬链线无应力长度；再根据锚跨切点坐标和IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度得到锚跨线形。在上述技术方案的基础上，计算散索鞍处的不平衡力，具体包括：根据主缆位于散索鞍IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力、IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度、以及IP点到边跨切点的悬链线无应力长度，计算锚跨切点和边跨切点的三向分力；根据锚跨切点和边跨切点的三向分力，并在考虑散索鞍自重影响的条件下，计算散索鞍处的不平衡力。在上述技术方案的基础上，对于滑移式散索鞍，散索鞍处的不平衡力为锚跨切点和边跨切点的三向分力、以及散索鞍自重在滑移面上的合力；ΔF＝(QXL*cos(α)+QYL*sin(α))+(QXR*cos(α)+QYR*sin(α))+G*sin(α)其中，ΔF为散索鞍处的不平衡力，QXL为锚跨切点的X向分力，QYL为锚跨切点的Y向分力，QXR为边跨切点的X向分力，QYR为边跨切点的Y向分力，α为滑移面的倾斜角度，G为散索鞍自重。在上述技术方案的基础上，对于摇轴式散索鞍，散索鞍处的不平衡力为锚跨切点和边跨切点的三向分力、以及散索鞍自重相对摇轴中心的力矩之和；ΔF＝(QXL*hl-QYL*ll)+(QXR*hr-QYR*lr)+G*lg其中，ΔF为散索鞍处的不平衡力，hl为锚跨切点相对摇轴中心的高差，ll为锚跨切点相对摇轴中心的水平距离，hr为边跨切点相对摇轴中心的高差，lr为边跨切点相对摇轴中心的水平距离，lg为散索鞍重心相对摇轴中心的水平距离。在上述技术方案的基础上，锚固点竖坐标和横坐标，由锚跨切点的三向分力、锚跨切点坐标和已知的锚固点纵坐标，通过悬链线方程计算得到。在上述技术方案的基础上，散索鞍IP点边跨侧三向分力根据主索鞍的平衡条件计算得到。在上述技术方案的基础上，主索鞍的平衡条件包括：主索鞍IP点边跨侧纵向分力与主索鞍IP点主跨侧纵向分力相等。在上述技术方案的基础上，根据主索鞍的平衡条件确定边跨线形。在上述技术方案的基础上，基于IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对IP点锚跨侧三向分力进行优化，具体包括：对IP点锚跨侧三向分力依次增加一定值，计算不平衡力、竖坐标差值和横坐标差值，得到三向分力影响矩阵；通过三向分力影响矩阵得到IP点锚跨侧新的三向分力。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，将成桥状态下锚跨线形的确定与散索鞍位置的确定关联起来，进行整体迭代，二者计算过程相互不独立，使得到的散索鞍位置完全适应锚跨线形，结果精确可靠。(2)本专利技术的成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，散索鞍处的不平衡力是在考虑散索鞍自重影响的条件下，通过散索鞍两侧的锚跨切点和边跨切点的三向分力确定；即影响散索鞍平衡的因素是散索鞍自重、锚跨切点和边跨切点的索力，而不是现有计算过程中，将平衡条件建立在虚拟的IP点处，以IP点边跨侧和锚跨侧索力为影响因素。附图说明图1为本专利技术实施例中成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例中成桥状态的散索鞍示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其包括步骤：S1.基于主缆边跨侧和锚跨侧在散索鞍IP点处索力相等的条件，根据IP点边跨侧三向分力(FXR、FYR、FZR)计算IP点锚跨侧三向分力(FXL、FYL、FZL)的初始值。上述步骤S1中，散索鞍IP点处边跨侧和锚跨侧的索力相等是指IP点边跨侧三向分力的合力与IP点锚跨侧三向分力的合力相等，即S2.根据IP点边跨侧三向分力(FXR、FYR、FZR)和锚跨侧三向分力(FXL、FYL、FZL)，计算得到初始的散索鞍圆心坐标(XC、YC、ZC)和锚跨线形，再通过计算得到散索鞍处的不平衡力ΔF、锚固点竖坐标Ym和横坐标Zm分别与预设值的差值。S3.基于IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对IP点锚跨侧三向分力初始值进行优化，直至不平衡力满足预设精度，且竖坐标和横坐标的计算值与预设值的差值均满足预设精度，得到最终的散索鞍圆心坐标和锚跨线形；根据最终的散索鞍圆心坐标即可确定散索鞍的安装位置。本实施例中，需要由设计人员预先设置一个可允许的最大不平衡力，作为不平衡力的阈值，以及对锚固点的竖坐标和横坐标分别设置一个可允许的计算值与预设值的最大差值，作为差值的阈值。假设不平衡力的阈值为0.001kN，锚固点的竖坐标和横坐标的计算值与预设值的最大差值均为0.001m。当计算得到的不平衡力的绝对值不大于0.001kN时，不平衡力满足预设精度。当锚固点的竖坐标计算值与预设值的差值的绝对值不大于0.001m，且锚固点的横坐标计算值与预设值的差值的绝对值不大于0.001m时，竖坐标计算值与预设值的差值、以及横坐标计算值与预设值的差值满足预设精度。本实施例中，将成桥状态下锚跨线形的确定与散索鞍位置的确定关联起来，不分先后顺序进行整体迭代，二者计算过程相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其特征在于，其包括步骤：基于主缆边跨侧和锚跨侧在散索鞍IP点处索力相等的条件，根据IP点边跨侧三向分力计算IP点锚跨侧三向分力初始值；根据所述IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力，计算得到初始的散索鞍圆心坐标和锚跨线形，再通过计算得到散索鞍处的不平衡力、锚固点竖坐标和横坐标与预设值的差值；基于所述IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对所述IP点锚跨侧三向分力初始值进行优化，直至所述不平衡力满足预设精度，且所述竖坐标和横坐标与预设值的差值均满足预设精度，得到最终的散索鞍圆心坐标和所述锚跨线形。

【技术特征摘要】
1.一种成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其特征在于，其包括步骤：基于主缆边跨侧和锚跨侧在散索鞍IP点处索力相等的条件，根据IP点边跨侧三向分力计算IP点锚跨侧三向分力初始值；根据所述IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力，计算得到初始的散索鞍圆心坐标和锚跨线形，再通过计算得到散索鞍处的不平衡力、锚固点竖坐标和横坐标与预设值的差值；基于所述IP点锚跨侧三向分力的影响矩阵，对所述IP点锚跨侧三向分力初始值进行优化，直至所述不平衡力满足预设精度，且所述竖坐标和横坐标与预设值的差值均满足预设精度，得到最终的散索鞍圆心坐标和所述锚跨线形。2.如权利要求1所述的成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其特征在于：通过建立悬链线方程、切点几何位置方程、相切关系方程及圆心位置方程，计算得到所述散索鞍圆心坐标、锚跨切点坐标、所述IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度、以及所述IP点到边跨切点的悬链线无应力长度；再根据所述锚跨切点坐标和所述IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度得到所述锚跨线形。3.如权利要求2所述的成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其特征在于，计算散索鞍处的不平衡力，具体包括：根据主缆位于散索鞍IP点边跨侧三向分力和锚跨侧三向分力、所述IP点到锚跨切点的悬链线无应力长度、以及所述IP点到边跨切点的悬链线无应力长度，计算锚跨切点和边跨切点的三向分力；根据所述锚跨切点和边跨切点的三向分力，并在考虑散索鞍自重影响的条件下，计算散索鞍处的不平衡力。4.如权利要求3所述的成桥状态散索鞍位置和锚跨线形的联合确定方法，其特征在于：对于滑移式散索鞍，所述散索鞍处的不平衡力为所述锚跨切点和边跨切点的三向分力、以及散索鞍自重在滑移面上的合力；ΔF＝(QXL*cos(α)+QYL*sin(α))+(QXR*cos(α)+QYR*sin(α))+G*sin(α)其中，ΔF...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍学晋，万田保，陈佳，高宗余，马润平，王东绪，李恒，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42