一种悬索桥空间主缆线形的计算方法、电子设备及介质技术

本发明专利技术涉及一种悬索桥空间主缆线形的计算方法、电子设备及介质，方法包括：首先确定初始悬链线，以此作为空间主缆的初始线形，然后建立桥面加劲梁的鱼骨式计算模型，在吊索下节点处设可以水平滑动的铰支座，以支座反力和初始悬链线锚固端的两段作为已知量，从主缆一端开始，以吊索上节点为研究对象，依次对逐个节点，根据节点力平衡条件，用集中力的矢量和图解法求解，得到主缆索力、缆段方向和下一节点的空间位置，继而得到悬索桥主缆线形。与现有技术相比，本发明专利技术具有一次成形、操作简单、直观性强、精确性高等优点。精确性高等优点。精确性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥空间主缆线形的计算方法、电子设备及介质


[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，尤其是涉及一种悬索桥空间主缆线形的计算方法、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]悬索桥是通过多根吊索将桥面梁体连接至主缆的一种桥梁，桥梁竖向荷载主要由主缆承担，而桥面梁体则受力较小。由于其结构特性，采用悬索桥结构体系的桥梁可以拥有更轻盈的结构构件，既能符合桥梁的美观需求，又能节省材料用量。
[0003]悬索桥结构体系中，由于空间缆索中的主缆和吊索形成了一个三维的索系，桥梁的整体横向刚度和抗扭刚度得到了显著提高，加上悬索本身竖向承载力较强的特点，空间缆索在近几年内在桥梁工程上得到了广泛应用。
[0004]国内外对于空间缆索体系的主缆线形计算有较多研究，常见的算法有近似抛物线法和以缆段为研究主体的数值解析法等。其中近似抛物线法是假定空间主缆位于一个斜平面内得到的近似线形，而实际上主缆各缆段并不在一个平面内，因此这种方法得到的线形并不准确。而以缆段为研究主题的数值解析法可以得到精准的主缆线形，但计算过程涉及多次迭代，非常繁琐，实际操作比较困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种悬索桥空间主缆线形的计算方法、电子设备及介质，一次成形，操作简单，直观性强，精确性高。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种悬索桥空间主缆线形的计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据桥梁跨度和主缆垂度确定初始平面悬链线；
[0009]S2、通过旋转、平移将平面悬链线放入桥梁三维线模中，并初步确定吊索上下节点位置；
[0010]S3、建立桥面加劲梁的鱼骨式模型，设置边界条件并施加目标荷载，将吊索下节点设为仅提供竖向支承力的铰支座，计算得到目标荷载下的支座反力；
[0011]S4、从距离主缆锚固端最近的吊索上节点开始，以该点两侧初始悬链线的方向作为主缆线形方向，以节点两侧主缆方向及该节点在目标荷载下的支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，获得该点两侧主缆索力；
[0012]S5、依次计算剩余吊索上节点位置，以节点一侧主缆索力、方向和该点支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，得到节点另一侧主缆索力和方向，重复步骤S5直至索塔顶点，获得主缆空间线形。
[0013]进一步地，所述的主缆垂度和桥梁跨度的比值范围为1/6～1/12。
[0014]进一步地，从距离主缆锚固端最近的吊索上节点开始，以第一根吊索下节点支座反力作为已知量，支座反力是吊索索力在竖直方向上的分量，通过图解法作支座反力向量
为直角边的直角三角形，得到吊索索力。
[0015]一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述程序指令能够执行所述的计算方法。
[0016]一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序能够被处理器执行以实现所述的计算方法。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：
[0018](1)本专利技术首先确定初始悬链线作为空间主缆的初始线形，然后建立桥面加劲梁的鱼骨式计算模型，在吊索下节点处设可以水平滑动的铰支座，以支座反力和初始悬链线锚固端的两段作为已知量，从主缆一端开始，以吊索上节点为研究对象，依次对逐个节点，根据节点力平衡条件，用集中力的矢量和图解法求解，得到主缆索力、缆段方向和下一节点的空间位置，继而得到悬索桥主缆线形，无需反复迭代，一次成形，操作简单，且采用图解法求解时可直接在三维线模中画出主缆线形，使缆索结构形态具有直观性；
[0019](2)本专利技术计算得到的空间主缆线形十分精确，且是满足承载力条件下的悬索结构主缆线形最优解，即最终得到的空间主缆线形，在索预张力合理分布的情况下，桥面梁体在目标荷载下无整体弯矩，仅有局部弯矩，以保证桥面梁体轻盈的形态。
附图说明
[0020]图1为计算悬索桥空间主缆线形的图解示意图；
[0021]图2为由支座反力推算吊索索力的图解示意图；
[0022]图3为计算空间主缆线形时第一个节点求解算法的图解示意图；
[0023]图4为计算空间主缆线形时其他节点求解算法的图解示意图；
[0024]图5为本专利技术的方法流程图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]实施例1
[0027]一种悬索桥空间主缆线形的计算方法，如图5，包括以下步骤：
[0028]S1、根据桥梁跨度和主缆垂度确定初始平面悬链线；
[0029]S2、通过旋转、平移将平面悬链线放入桥梁三维线模中，并初步确定吊索上下节点位置；
[0030]S3、建立桥面加劲梁的鱼骨式模型，按实设置边界条件并施加目标荷载，将吊索下节点设为仅提供竖向支承力的铰支座，计算得到目标荷载下的支座反力；
[0031]S4、从距离主缆锚固端最近的吊索上节点开始，以该点两侧初始悬链线的方向作为主缆线形方向，以节点两侧主缆方向及该节点在目标荷载下的支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，得到该点两侧主缆索力；
[0032]S5、依次计算剩余吊索上节点位置，以节点一侧主缆索力、方向和该点支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，得到节点另一侧主缆索力和方向，重复这
一步骤直至索塔顶点，即得到主缆空间线形。
[0033]初始平面悬链线通过桥梁跨度和主缆垂度确定，主缆垂跨比一般在1/6～1/12范围内选择。
[0034]计算得到支座反力后，如图1所示，从距离主缆锚固端最近的吊索上节点开始，依次对各节点进行受力平衡分析，先通过初始悬链线解出节点A两侧主缆索力，再通过节点B一侧已知主缆索力和方向解出节点B另一侧主缆索力和方向，以此类推。
[0035]如图2所示，以第一根吊索下节点支座反力作为已知量，支座反力是吊索索力在竖直方向上的分量，通过图解法作支座反力向量为直角边的直角三角形，即可得到吊索索力。
[0036]如图3所示，对第一根吊索a的上节点A进行节点受力平衡求解。将从锚固点A
′
到初始悬链线上第一根吊索上节点A的直线段作为1#主缆方向，再以节点A到初始悬链线上第二根吊索上节点B的直线段作为2#主缆方向。利用已知的吊索索力向量、1#主缆方向向量和2#主缆方向向量，作闭合三角形，三角形沿两段主缆方向向量的边长即为主缆索力。
[0037]如图4所示，对节点B进行受力平衡求解。吊索索力、方向和节点右侧主缆方向和索力为已知量，节点左侧主缆方向和索力为未知量。根将已知的吊索索力向量和节点右侧主缆索力向量作为两个边长作闭合三角形，三角形的第三条边长长度即为节点左侧主缆索力，方向即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥空间主缆线形的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据桥梁跨度和主缆垂度确定初始平面悬链线；S2、通过旋转、平移将平面悬链线放入桥梁三维线模中，并初步确定吊索上下节点位置；S3、建立桥面加劲梁的鱼骨式模型，设置边界条件并施加目标荷载，将吊索下节点设为仅提供竖向支承力的铰支座，计算得到目标荷载下的支座反力；S4、从距离主缆锚固端最近的吊索上节点开始，以该点两侧初始悬链线的方向作为主缆线形方向，以节点两侧主缆方向及该节点在目标荷载下的支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，获得该点两侧主缆索力；S5、依次计算剩余吊索上节点位置，以节点一侧主缆索力、方向和该点支座反力为已知条件，通过矢量和图解法求解节点三力平衡，得到节点另一侧主缆索力和方向，重复步骤S5直至索塔顶点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晖柱，李韵竹，曹馨元，
申请(专利权)人：同济大学建筑设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：