一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法，包括以下步骤：首先根据主缆成桥参数获取空缆状态主缆线形参数；然后确定用于表述分索股线形的未知数；接着根据主跨跨中高程闭合、边跨及主跨高差和跨径闭合条件建立耦合方程；再将边、主跨参数表达成未知数的函数，并代入方程求解，获得各分索股的边、主跨的线形参数及无应力长度；再根据锚跨跨径、高差闭合以及散索鞍力矩平衡条件建立锚跨耦合方程，将锚跨参数表达成未知数的函数，代入方程求解获得锚跨线形参数，得到锚跨无应力长度。最终通过此方法获取全桥主缆分索股无应力长度，为设计生产悬索桥主缆提供一种确实有效的方法。的方法。的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法


[0001]本专利技术涉及桥梁施工监控领域，特别是一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法。

技术介绍

[0002]悬索桥的主要结构为桥塔、主缆、吊杆、桥面系、锚碇等，其中主缆为主要受力结构。现代大跨度悬索桥的主缆截面组成一般由φ5mm左右的钢丝组成钢丝束股，然后再由若干根钢丝束股组成一根主缆，钢丝束股的组成办法主要有：空中编丝组缆法(简称AS法)和预制平行钢丝束股法(简称PPWS法)。其中，PPWS法具体为：先将钢丝预制成平行钢丝束股，在工厂预制好的股索缠绕在滚筒上运输到现场，通过牵引索沿猫道牵引到安装位置上。主缆架设到桥塔索鞍上，经由锚碇锚固。由于实际工程中索鞍位置存在摩擦阻力，所以主缆在架设好后就不便在索鞍上移动。架设的主缆形状是由悬索桥主缆成桥线形推算出来的空缆线形，施工过程中必须严格控制主缆的线形及位置，否则实际成桥状态与设计的成桥线形有较大出入，会严重影响悬索桥的工作安全。
[0003]悬索桥主缆空间线形计算已经较为成熟，有基于有限元位移理论的有限元法，也有基于悬索力学的解析法。大部分有限元法以及解析法，在计算主缆线形的过程中涉及到的主缆无应力长度都是将主缆视为整体，并线性化进行计算。然而，主缆视为整体，只是一种理想状态，实际上由于主缆的材料、构造、尺寸等原因，构成主缆的每根分索股在空缆和成桥状态都并非完全平行，所以不能用整根主缆的无应力长度来替代每根分索股的无应力长度。另外，由于悬索桥的主缆由多股平行钢丝组成，所以需要由散索鞍进行分散锚固，散索鞍需要将分索股平滑分开，故主缆的平弯及竖弯的转变都在散索鞍处完成，这就造成了散索鞍空间构造的复杂性，也是造成分索股无应力长度不同的关键。
[0004]针对上述的问题，需要专利技术一种计算方法来精准计算悬索桥主缆分索股的无应力长度。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法，该悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法能够精确地确定悬索桥分索股线形参数、计算快捷且结果精确可靠。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法，包括如下步骤。
[0008]步骤1、获取空缆线形参数：利用悬索桥成桥状态数据确定主缆成桥线形，再由成桥线形获得空缆线形以及空缆线形参数；每根主缆的空缆线形均包括主跨悬链线、左边跨悬链线、右边跨悬链线、左锚跨悬链线和右锚跨悬链线；每根主缆均包括n根分索股。
[0009]步骤2、求解第i根分索股的主跨无应力长度S
m,i
，其中，i≤n，具体包括如下步骤。
[0010]步骤21、求解主跨未知参数H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
：根据主跨的跨径、两分跨点间的高程差、
分跨点与跨中点的高程差，建立关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的三个主跨参数方程；接着，对建立的三个主跨参数方程进行联立求解，得到三个未知参数H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的值；其中，H
m,i
为空缆状态第i根分索股在主跨上的水平力；l
m,i
为分跨点与跨中点之间主跨悬链线的水平投影长度；b
m,i
为主跨悬链线方程参数。
[0011]步骤22、建立第i根分索股的主跨悬链线无应力长度s
m,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数。
[0012]步骤23、建立第i根分索股在左主索鞍上的无应力长度s
ml,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数。
[0013]步骤24、建立第i根分索股在右主索鞍上的无应力长度s
mr,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数。
[0014]步骤25、计算S
m,i
，具体计算公式为：S
m,i
＝s
m,i
+s
ml,i
+s
mr,i
。
[0015]步骤3、求解第i根分索股的左边跨无应力长度S
l,i
，具体包括如下步骤。
[0016]步骤31、求解左边跨未知参数H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
：根据左边跨的跨径以及高程条件，建立关于l
l,i
和b
l,i
的两个左边跨参数方程；接着，对建立的两个左边跨参数方程进行联立求解，得到l
l,i
和b
l,i
的值；其中，l
l,i
为左边跨悬链线水平投影长度；b
l,i
为左边跨悬链线方程参数；另外，空缆状态第i根分索股在左边跨上的水平力H
l,i
＝H
m,i
。
[0017]步骤32、建立第i根分索股的左边跨悬链线无应力长度s
l,i
关于H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
的函数。
[0018]步骤33、建立第i根分索股在左主索鞍上的无应力长度s
lr,i
关于H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
的函数。
[0019]步骤34、计算S
l,i
，具体计算公式为：S
l,i
＝s
l,i
+s
lr,i
。
[0020]步骤4、参照步骤3的方法，求解第i根分索股的右边跨无应力长度S
r,i
。
[0021]步骤5、求解第i根分索股的左锚跨无应力长度S
la,i
，具体包括如下步骤。
[0022]步骤51、求解左锚跨未知参数H
la,i
、l
la,i
、b
la,i
：根据左锚跨的跨径和高程条件、以及成桥状态左锚跨主缆产生的力矩为与所有分索股产生的总力矩值相等的原则，建立关于H
la,i
、l
la,i
、b
la,i
的三个左锚跨参数方程；接着，对建立的三个左锚跨参数方程进行联立求解，得到三个左锚跨未知参数的值；其中，H
la,i
为空缆状态第i根分索股在左锚跨上的水平力；l
la,i
为左锚跨悬链线水平投影长度；b
la,i
为左锚跨悬链线方程参数。
[0023]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、获取空缆线形参数：利用悬索桥成桥状态数据确定主缆成桥线形，再由成桥线形获得空缆线形以及空缆线形参数；每根主缆的空缆线形均包括主跨悬链线、左边跨悬链线、右边跨悬链线、左锚跨悬链线和右锚跨悬链线；每根主缆均包括n根分索股；步骤2、求解第i根分索股的主跨无应力长度S
m,i
，其中，i≤n，具体包括如下步骤：步骤21、求解主跨未知参数H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
：根据主跨的跨径、两分跨点间的高程差、分跨点与跨中点的高程差，建立关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的三个主跨参数方程；接着，对建立的三个主跨参数方程进行联立求解，得到三个未知参数H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的值；其中，H
m,i
为空缆状态第i根分索股在主跨上的水平力；l
m,i
为分跨点与跨中点之间主跨悬链线的水平投影长度；b
m,i
为主跨悬链线方程参数；步骤22、建立第i根分索股的主跨悬链线无应力长度s
m,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数；步骤23、建立第i根分索股在左主索鞍上的无应力长度s
ml,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数；步骤24、建立第i根分索股在右主索鞍上的无应力长度s
mr,i
关于H
m,i
、l
m,i
、b
m,i
的函数；步骤25、计算S
m,i
，具体计算公式为：S
m,i
＝s
m,i
+s
ml,i
+s
mr,i
；步骤3、求解第i根分索股的左边跨无应力长度S
l,i
，具体包括如下步骤：步骤31、求解左边跨未知参数H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
：根据左边跨的跨径以及高程条件，建立关于l
l,i
和b
l,i
的两个左边跨参数方程；接着，对建立的两个左边跨参数方程进行联立求解，得到l
l,i
和b
l,i
的值；其中，l
l,i
为左边跨悬链线水平投影长度；b
l,i
为左边跨悬链线方程参数；另外，空缆状态第i根分索股在左边跨上的水平力H
l,i
＝H
m,i
；步骤32、建立第i根分索股的左边跨悬链线无应力长度s
l,i
关于H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
的函数；步骤33、建立第i根分索股在左主索鞍上的无应力长度s
lr,i
关于H
l,i
、l
l,i
、b
l,i
的函数；步骤34、计算S
l,i
，具体计算公式为：S
l,i
＝s
l,i
+s
lr,i
；步骤4、参照步骤3的方法，求解第i根分索股的右边跨无应力长度S
r,i
；步骤5、求解第i根分索股的左锚跨无应力长度S
la,i
，具体包括如下步骤：步骤51、求解左锚跨未知参数T
l
、l
la,i
、b
la,i
：根据成桥状态左锚跨的跨径和高程条件、以及左锚跨主缆产生的力矩为与所有分索股产生的总力矩值相等的原则，建立关于T
l
、l
la,i
、b
la,i
的三个左锚跨参数方程；接着，对建立的三个左锚跨参数方程进行联立求解，得到左锚跨未知参数的值；其中，T
l
为左锚跨分索股内力；l
la,i
为左锚跨悬链线水平投影长度；b
la,i
为左锚跨悬链线方程参数；步骤52、建立第i根分索股的左锚跨悬链线无应力长度s
la,i
关于T
l
、l
la,i
、b
la,i
的函数；步骤53、由于第i根分索股在左散索鞍上分为两段，分别为与左索鞍顶紧贴合段和与左索鞍横隔板贴合段；故先建立第i根分索股在左索鞍顶紧贴合段上的无应力长度s
a1,i
关于T
l
、l
la,i
、b
la,i
的函数；步骤54、建立第i根分索股在左索鞍横隔板贴合段上的无应力长度s
a2,i
关于T
l
、l
la,i
、b
la,i
的函数；步骤55、计算S
la,i
，具体计算公式为：S
la,i
＝s
la,i
+s
a1,i
+s
a2,i
；步骤6、参照步骤5的方法，求解第i根分索股的右锚跨无应力长度S
ra,i
；步骤7、确定主缆中第i根分索股的总无应力长度S
i
，则S
i
＝S
m,i
+S
l,i
+S
r,i
+S
la,i
+S
ra,i
。2.根据权利要求1所述的悬索桥主缆分索股无应力长度的确定方法，其特征在于：步骤
21中，建立的三个主跨参数方程分别为：L
m
＝l
m,i
+l
DT1,i
+l
DT2,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
△
h
D1D2,i
＝
△
h
D1T1,i
+
△
h
m,i
+
△
h
T2D2,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
△
h
D1M,i
＝
△
h
D1T1,i
+
△
h
M,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中：L
m
表示空缆状态主跨跨径，为步骤1获取的其中一个空缆线形参数；l
DT1,i
表示左索鞍上分跨点与主跨悬链线左端切点间的水平距离，能通过主索鞍尺寸图及分索股线形计算得到；l
DT2,i
表示右索鞍上分跨点与主跨悬链线右端切点间水平距离，能通过主索鞍尺寸图及分索股线形计算得到；Δh
D1D2,i
表示左索鞍上分跨点和右索鞍上分跨点之间的高程差，已知量；Δh
D1M,i
表示左索鞍上分跨点与主跨中点的高程差，已知量；Δh
D1T1,i
表示主跨悬链线左端切点与左索鞍上分跨点的高程差，能通过左主索鞍尺寸图及分索股线形计算得到；Δh
T2D2,i
表示右索鞍上分跨点与主跨悬链线右端切点的高程差，能通过右主索鞍尺寸图及分索股线形计算得到；Δh
m,i
表示主跨悬链线右端切点与左端切点之间的高程差；Δh
M,i
表示主跨悬链线左端切点与主跨中点的高程差；Δh
m,i
和Δh
M,i

【专利技术属性】
技术研发人员：张文明，王昊天，刘钊，王景全，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：