一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度的计算方法，该方法以吊点为界主缆被分为若干缆段，首先分别计算每个缆段吊点处拉力投影在立面上的竖向力和沿纵桥向的水平力、以及投影在水平面上的垂直于纵桥向的横向力；然后根据上述竖向力、水平力和横向力求解各缆段中心索的无应力长度，累加得到修正前的主缆中心索无应力长度；将修正前的主缆中心索长度加上主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值得到最终的修正后主缆中心索无应力长度。本发明专利技术无须建立精细的有限元计算模型，以主缆和吊点为研究对象，通过简单迭代计算，实现了吊点处三向力及主缆中心索无应力长度的求解，算法计算过程相对简单、概念清楚且计算精度满足工程设计的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法
本专利技术属于桥梁结构设计领域，涉及空间自锚式悬索桥，尤其是一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法。
技术介绍
悬索桥是跨越能力最大的一种桥型，广泛应用于大跨度桥梁中。悬索桥是由主梁(加劲梁)、主缆、吊索、主塔、索鞍、锚固构造等构件组成的缆索承重桥。其中空间自锚式悬索桥的主缆与吊索形成一个三维索系，其具有景观效果好，横向刚度大、抗风能力强，且具有不需修建大体积的锚固构造、受地形地质限制小的优点，因此在城市桥梁中得到了越来越广泛的应用。主缆中心索的无应力长度是空间自锚式悬索桥设计工作的重要参数，但传统的主缆中心索无应力长度的算法仍存在以下不足之处：一、有限元法计算效率不高。采用有限元法计算主缆中心索无应力长度效率不高的主要有以下原因：建立精细的有限元三维计算模型耗费时间较多，且边界条件的设定等操作对力学等专业知识要求较高。二、传统数值解析算法在精度、收敛性方面仍存在问题。(1)精度较难保证。假定成桥后主缆与吊索位于一个斜平面上，建立平面上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，以吊点为界主缆被分为若干缆段，首先分别计算每个缆段吊点处拉力投影在立面上的竖向力和沿纵桥向的水平力、以及投影在水平面上的垂直于纵桥向的横向力；然后根据上述竖向力、水平力和横向力求解各缆段中心索的无应力长度，累加得到修正前的主缆中心索无应力长度；最后将修正前的主缆中心索长度加上主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值得到最终的修正后主缆中心索无应力长度。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，以吊点为界主缆被分为若干缆段，首先分别计算每个缆段吊点处拉力投影在立面上的竖向力和沿纵桥向的水平力、以及投影在水平面上的垂直于纵桥向的横向力；然后根据上述竖向力、水平力和横向力求解各缆段中心索的无应力长度，累加得到修正前的主缆中心索无应力长度；最后将修正前的主缆中心索长度加上主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值得到最终的修正后主缆中心索无应力长度。


2.根据权利要求1所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，所述主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值的计算为：将主索鞍内的主缆简化为处于沿纵桥向平面内的二维圆弧几何形体，建立以主塔IP点为原点，沿纵桥向为X轴方向和竖向为y轴方向的直角坐标系，通过主缆与主索鞍的切点和主索鞍圆心的几何位置关系建立方程求解得到切点和圆心的坐标，进而求得切点处主缆竖向力，再求得主索鞍内主缆中心索无应力长度，然后减去主塔IP点到上述切点间的主缆中心索无应力长度，最终得到主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值。


3.根据权利要求2所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，所述主索鞍内主缆中心索无应力长度修正值的计算是处于主索鞍内的主缆在横向偏转角度在0-2度时。


4.根据权利要求1或2任意一项所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1)首先求出半跨中跨主缆各吊点水平力和竖向力；
步骤2)求解边跨主缆各吊点间竖向距离差及吊点竖向力；
步骤3)求解半跨中跨主缆各吊点横向力；
步骤4)求解边跨主缆各吊点横向力；
步骤5)求解半跨中跨及边跨主缆中心索各节缆段无应力长度；
步骤6)求解主索鞍内主缆中心索无应力长度；
步骤7)得到最终主缆中心索无应力长度。


5.根据权利要求4所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，步骤1)具体按照以下方法计算：
首先求解主缆中跨跨中吊点的竖向力设定跨中吊点水平力的值，从而计算出主缆半跨中跨第1节缆段A、B点的竖向距离Z1和主缆半跨中跨第2节缆段A点的竖向力根据得到的计算得到第2节缆段A、B点的竖向距离Z2和主缆半跨中跨第3节缆段A点的竖向力依次计算得到主缆半跨中跨各吊点间竖向距离差及竖向力的试算值；
判断是否成立，若否，则更新的设定值，若是，则最终得到半跨中跨主缆各吊点水平力和竖向力其中f指中跨垂度，N指主缆中跨跨中吊点至IP点之间的缆段数量；
Zi及的计算公式如下：






其中，Zi:主缆半跨中跨第i节缆段A、B点的竖向距离；主缆半跨中跨第i节缆段A点的竖向力；N:主缆中跨跨中吊点至主塔IP点之间的缆段数量；Li中:半跨中跨的第i节缆段主缆A、B点的纵向距离；半跨中跨的第i条吊索自重，含索夹和锚具重量且中跨i＝1,2,…,N；半跨中跨的第i条吊索下锚点竖向力，i＝1,2,…,N。


6.根据权利要求4所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，步骤2)具体按照以下方法计算：
首先设定主缆边跨第1节缆段B点的竖向力的值，从而计算出主缆边跨第1节缆段A、B点的竖向距离Z1和主缆边跨第2节缆段B点的竖向力根据得到的计算得到第2节缆段A、B点的竖向距离Z2和主缆边跨第3节缆段B点的竖向力依次计算得到边跨主缆各吊点间竖向距离差及竖向力的试算值；
判断是否成立，若否，则更新的设定值，若是，则最终得到边跨主缆各吊点间竖向距离差及竖向力ZBi，其中M指主缆边跨的缆段数量，Z后指后锚面中心竖向坐标值。


7.根据权利要求4所述的空间自锚式悬索桥主缆中心索无应力长度计算方法，其特征在于，步骤3)具体按照以下方法计算：
首先设定主缆半跨中跨第1节缆段A点横向坐标YA1的值，从而计算出主缆半跨中跨第1节缆段A、B点的横向距离Δy1...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞维福，兰静芬，谢维超，强长林，庞英，
申请(专利权)人：陕西铁路工程职业技术学院，渭南铁科健工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61