一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法技术

本发明专利技术涉及一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法，属于油气管道跨越设计领域，包括：根据空间抛物线理论估算风索始端三向分力；以风索始端三向分力为迭代初值，计算风索线形坐标及各索段无应力长度；利用影响矩阵法修正风索始端三向分力，重新计算得到风索线形坐标及各索段无应力长度。本发明专利技术解决了以往设计不精、假设过多，计算误差太大的问题，采用本方法开展设计和计算，可以大大提高悬索管道桥成桥风索线形及无应力长度计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法
本专利技术涉及一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法，属于油气管道跨越设计领域。
技术介绍
管道悬索桥一般由主索、吊索、风索、风拉索、稳定索(共轭索)、加劲梁、索塔和锚碇等组成。由于其主要用途是输送石油、天然气或水，桥面上通常会设置支座用于架设管道，并设置简易检修道以方便管道的施工和后期维修。管道悬索桥宽跨比小，结构刚度小，抗风问题敏感，一般需设置风索体系。管道悬索桥的受力特征是：作用在桥面上的荷载和因风索产生的竖向荷载通过吊索传至主索，再传至索塔和锚碇；作用在桥面的水平荷载通过风拉索传至风索主索，再传至锚碇；传力途径明确。管道悬索桥是以柔性索结构为主要承重结构的缆索体系。索结构受力后，反映出小应变大变形的受力特征，对空间风索索结构尤其如此。在荷载作用下，荷载与变形呈现出明显的非线性的关系，经典结构力学已不再适用，因为经典结构力学忽略了结构的微小变形，平衡方程建立在变形前的几何位置上。计算大变形的结构，应在变形后的位置上建立平衡方程，并且需要迭代计算。目前，工程上设计人员主要利用平面抛物线理论进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，根据空间抛物线理论估算风索始端三向分力H

【技术特征摘要】
1.一种悬索管道桥成桥风索线形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据空间抛物线理论估算风索始端三向分力HFX0、HFY0和VF0；
步骤2，以风索始端三向分力HFX0、HFY0和VF0为迭代初值，由始端至末端对风索各索段进行计算包括：
步骤2.1，根据第i索段起始端三向分力、第i索段纵桥向长度xi和风索平衡方程计算出风索第i索段无应力长度SFi及横、竖桥向长度yi、zi；
步骤2.2，对于第i根风拉索，由步骤2.1中所述风索平衡方程计算得到的风拉索下吊点坐标，同时根据已知的风拉索上吊点坐标、上吊点设计横向分力，计算出风拉索上吊点竖向分力PFDZJi和风拉索的无应力长度SFDi；
步骤2.3，由第i索段末端节点平衡方程计算得到第i+1索段起始端三向分力，重复步骤2.1-2.2，计算得到风索第i+1索段无应力长度SFi+1及第i+1索段横、竖桥向长度yi+1、zi+1和第i+1根风拉索上吊点竖向分力PFDZJi+1和第i+1根风拉索的无应力长度SFDi+1，直至第n索段和第N根风拉索；
步骤3，以风索末端的横、竖向坐标及跨内指定点横向坐标为目标值，利用影响矩阵法修正风索始端三向分力HFX0、HFY0、VF0，反复迭代，直至目标变量误差小于允许值，计算得到成桥风索线形及各索段无应力长度。


2.根据权利要求1所述的悬索管道桥成桥风索线形计算方法，其特征在于，步骤1中根据空间抛物线理论估算风索始端三向分力HFX0、HFY0和VF0如下：









其中，
式中，HFX0、HFY0和VF0分别为风索始端纵向、横向和竖向分力，l为风索跨径，w为风索在风索平面内沿跨长的等效均布荷载；f为风索在风索平面内垂度；yFDJi，zFDJi，yFDIi，zFDIi分别为风拉索上、下吊点的横向及竖向坐标；Pyi，Pzi分别为风拉索上端的竖向和横向分力，i为1～n的正整数，n为风索始端到末端索段数，。


3.根据权利要求1所述的悬索管道桥成桥风索线形计算方法，其特征在于，步骤2.1中计算风索第i索段横桥向长度yi和竖桥向长度zi及无应力长度SFi方法如下：












式中，xi,yi,zi分别为风索第i索段纵桥向、横桥向和竖桥向长度；SFi,E和AF分别为风索第i索段无应力长度、弹性模量和截面面积；qF为风索索段的自重集度；HFXi-1,HFYi-1和VFi-1分别为风索第i索段起始端的纵向、横向和竖向分力；Hi-1为风索...

【专利技术属性】
技术研发人员：左雷彬，胡川川，杨威，詹胜文，刘思萌，陈晓晖，李国辉，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油管道局工程有限公司，中国石油天然气管道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11