一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法及系统，包括以下步骤：计算集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩；计算集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩和扣索水平分力引起的推力；基于吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩和扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩得到竖向集中力对拱脚产生的力矩；计算均布荷载作用下主拱肋拱脚处的弯矩值；基于主拱肋拱脚处的弯矩值和竖向集中力对拱脚产生的力矩计算得到均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力；基于均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力和集中荷载作用下扣索水平分力引起的推力得到系杆索力。本方法变量较少，能快速准确地确定临时系杆张拉力，计算结果的精度高。计算结果的精度高。计算结果的精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法及系统


[0001]本专利技术属于桥梁工程
，涉及一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法及系统。

技术介绍

[0002]系杆拱桥是主要由拱肋、吊杆和系梁组成的一种复合结构体系，因其内部超静定外部简支的受力特性，故兼具有拱桥的较大跨越能力。
[0003]在大跨度拱桥的建造过程中，拱式结构主要承受轴向压力，而系杆拱桥则是设有系杆来平衡拱脚水平推力的拱桥，属于拱式组合体系桥梁。拱桥的系杆张拉工序一般在主拱肋合拢之后，在分阶段张拉临时系杆的过程中，结构受力复杂：拱桥同时受到扣索的拉力、主拱肋的自重、地基对拱座的反力，同时主拱肋吊装过程中受到的扣索索力也会发生变化。
[0004]然而在实际操作过程中，临时系杆索力的施加只能根据工程经验去尝试和估计，没有可靠的理论支撑，而在拱桥已有的设计指导资料中，涉及到临时系杆索力计算的内容还不太多，桥梁在施工中系杆索力计算数据的精确度低，施工各阶段安全性较低，施工进程慢。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中临时系杆索力的施加只能根据工程经验去尝试和估计，计算的精确度低，施工的进度慢，安全性低的问题，提供一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法及系统。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1：计算集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩；
[0009]S2：计算集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩和扣索水平分力引起的推力；
[0010]S3：基于吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩和扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩得到竖向集中力对拱脚产生的力矩；
[0011]S4：计算均布荷载作用下主拱肋拱脚处的弯矩值；
[0012]S5：基于主拱肋拱脚处的弯矩值和竖向集中力对拱脚产生的力矩计算得到均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力；
[0013]S6：基于均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力和集中荷载作用下扣索水平分力引起的推力得到系杆索力。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：
[0015]所述步骤S1包括以下步骤：
[0016]定义集中力竖向分力向量{Q}＝{Q1,Q2，
…
，Q
p
}
T
，其中p表示单片主拱肋的半结构
受到各根吊杆及拱上立柱的p个集中力；
[0017]定义力臂向量{x}
T
为各根吊杆及拱上立柱距离其所在半结构中起拱点的水平距离，记为：{x}
T
＝(x1,x2，
…
，x
p
)
T
，其中p表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的p个集中力和起拱点之间的距离；
[0018]则集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩为：
[0019]M
j2
＝{Q}{x}
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)。
[0020]所述步骤S2包括以下步骤：
[0021]定义集中力竖向分力向量{F
y
}＝(F
y1
,F
y2
，
…
，F
yn
)，其中n表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的n个集中力，其中F
yi
＝F
i
×
sinφ
i
，F
i
为第i根扣索的索力大小，φ
i
为第i根扣索和水平方向之间的夹角；
[0022]定义力臂向量{d}
T
，{d}
T
为各根扣索距离其所在半结构中起拱点的水平距离，记为：{d}
T
＝(d1,d2，
…
，d
n
)
T
，其中n表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的集中力和起拱点之间的n个距离；
[0023]集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩为：
[0024]M
j1
＝{F
y
}{d}
T
ꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0025]所述步骤S2包括以下步骤：
[0026]所述扣索水平分力引起的推力通过公式(3)计算得到：
[0027][0028]其中，其中F
xi
＝F
i
×
cosφ
i
，F
i
为第i根扣索的索力大小，φ
i
为第i根扣索和水平方向之间的夹角，
[0029]所述步骤S2包括以下步骤：
[0030]所述公式(3)中F(q)的函数关系为：
[0031][0032]其中，F
i
(q
i
)表示距离起拱点d处的单位水平力作用下的拱座推力；qi表示第i根扣索作用位置和起拱点的距离与主拱跨度一半的比值,
[0033]所述步骤S3中，通过公式(5)计算竖向集中力对拱脚产生的竖向力矩：
[0034]M
j
＝M
j1
+M
j2
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0035]其中，M
j1
集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩；M
j2
集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩。
[0036]所述S4中，均布荷载作用下主拱肋拱脚处的弯矩值通过公式(6)计算得到：
[0037][0038]其中，A为主拱肋截面积，γ为主拱肋材料重度，α为弯矩调整系数。
[0039]所述步骤S5包括以下步骤：
[0040]通过公式(7)得到均布荷载和集中荷载作用下的总弯矩值：
[0041]∑M＝M
k
+M
j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0042]其中，M
j
竖向集中力对拱脚产生的竖向力矩；M
k
表示均布荷载作用下主拱肋拱脚处的弯矩值；
[0043]通过公式(8)得到均布荷载和集中荷载作用下产生的竖向推力：
[0044][0045]其中，f为主拱矢高。
[0046]所述步骤S6通过公式(9)得到均衡载荷与集中载荷作用下产生的拱座推力总和：
[0047]H
g
＝H
g1
+H
g2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0048]其中，H
g2
表示扣索水平分力引起的推力；H
g1
表示均布荷载和集中荷载作用下产生的竖向推力；
[0049]通过公式(10)得到系杆索力：
[0050]F
L
＝H
g...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩；S2：计算集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩和扣索水平分力引起的推力；S3：基于吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩和扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩得到竖向集中力对拱脚产生的力矩；S4：计算均布荷载作用下主拱肋拱脚处的弯矩值；S5：基于主拱肋拱脚处的弯矩值和竖向集中力对拱脚产生的力矩计算得到均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力；S6：基于均布荷载和集中荷载竖向分力作用下产生的水平推力和集中荷载作用下扣索水平分力引起的推力得到系杆索力。2.根据权利要求1所述的一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：定义集中力竖向分力向量{Q}＝{Q1,Q2，
…
，Q
p
}
T
，其中p表示单片主拱肋的半结构受到各根吊杆及拱上立柱的p个集中力；定义力臂向量{x}
T
为各根吊杆及拱上立柱距离其所在半结构中起拱点的水平距离，记为：{x}
T
＝(x1,x2，
…
，x
p
)
T
，其中p表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的p个集中力和起拱点之间的距离；则集中荷载作用下吊杆和拱上立柱对拱脚的力矩为：M
j2
＝{Q}{x}
T
ꢀꢀꢀꢀ
(1)。3.根据权利要求2所述的一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：定义集中力竖向分力向量{F
y
}＝(F
y1
,F
y2
，
…
，F
yn
)，其中n表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的n个集中力，其中F
yi
＝F
i
×
sinφ
i
，F
i
为第i根扣索的索力大小，φ
i
为第i根扣索和水平方向之间的夹角；定义力臂向量{d}
T
，{d}
T
为各根扣索距离其所在半结构中起拱点的水平距离，记为：{d}
T
＝(d1,d2，
…
，d
n
)
T
，其中n表示单片主拱肋的半结构受到来自吊杆及拱上立柱的集中力和起拱点之间的n个距离；集中荷载作用下扣索的竖向分力向量对拱脚的力矩为：M
j1
＝{F
y
}{d}
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。4.根据权利要求3所述的一种系杆拱桥的临时系杆索力计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：所述扣索水平分力引起的推力通过公式(3)计算得到：其中，其中F
xi
＝F
i
×
cosφ
i
，F
i
为第i根扣索的索力大小，φ
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琦，李恩亮，蒲广宁，赵澜婷，刘斌，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：