考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端技术方案

本申请适用于大跨度斜拉桥抗风设计技术领域，提供了一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端，该考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法包括：将斜拉索分成预设数量的索单元，得到斜拉索上的多个节点，根据斜拉索的基本参数和索单元的预设数量确定各个节点的位置，并根据各节点的位置和环境参数确定各节点上的风速；根据风洞试验，利用拟合函数，分别确定斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式；进而确定各节点的气动阻力和气动升力；根据各节点的气动阻力和气动升力，以及各节点的位置，确定斜拉索的气动力的分布情况。本申请能够得到整根斜拉索上的具体受力情况，可以为索端力的分析提供更加精准的数据支持。准的数据支持。准的数据支持。

【技术实现步骤摘要】
考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端


[0001]本申请属于大跨度斜拉桥抗风设计
，尤其涉及一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]对于大跨度斜拉桥，斜拉索承受的气动力是全桥风荷载的主要来源，准确计算斜拉索气动力对于桥梁设计建造的安全性和经济性具有重要意义。
[0003]目前，关于斜拉索气动力的计算只考虑了气动阻力，且在计算整根斜拉索的气动阻力时，取用斜拉索上特定高度的风速作为整根斜拉索的计算风速，未考虑风速沿斜拉索高度位置的变化，从而影响斜拉索气动阻力的准确性，进一步地，也影响了对斜拉索气动力的分析计算。
[0004]此外，对于斜拉索的索端力的计算，即对斜拉索的梁端和塔端的受力分析，其中考虑的气动力也是采用上述计算方法得到的气动阻力，进而也影响了索端力的准确性。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端，以提高斜拉索气动力计算的准确性。
[0006]本申请是通过如下技术方案实现的：第一方面，本申请实施例提供了一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，包括：获取斜拉索的基本参数和所述斜拉索所处的环境参数；将所述斜拉索分成预设数量的索单元，得到所述斜拉索上的多个节点，根据所述基本参数和所述预设数量确定各个节点的位置，并根据各个节点的位置和所述环境参数确定各个节点上的风速；根据风洞试验，利用拟合函数，分别确定所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式；根据各个节点上的风速和所述基本参数，确定各个节点对应的雷诺数，并根据各个节点对应的雷诺数、各个节点上的风速、所述环境参数和所述基本参数，以及所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，确定各个节点的气动阻力和气动升力；根据各个节点的气动阻力和气动升力，以及各个节点的位置，确定所述斜拉索的气动力的分布情况。
[0007]结合第一方面，在一些实施例中，所述根据风洞试验，利用拟合函数，分别确定所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，包括：根据风洞试验，得到第一曲线和第二曲线，所述第一曲线为所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的曲线，所述第二曲线为所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的曲线；采用不同的拟合函数对所述第一曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式；采用不同的拟合函数对所述第二曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式。
[0008]结合第一方面，在一些实施例中，所述第一曲线包括第一区段、第二区段和第三区段，所述第二曲线包括第四区段、第五区段和第六区段。
[0009]所述采用不同的拟合函数对所述第一曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的阻力
系数随雷诺数变化的关系式，包括：采用四次函数对所述第一区段进行拟合，得到所述第一区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第一关系式；采用二次函数对所述第二区段进行拟合，得到所述第二区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第二关系式；采用常数函数对所述第三区段进行拟合，得到所述第三区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第三关系式；根据所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，得到所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式。
[0010]所述采用不同的拟合函数对所述第二曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式，包括：采用三次函数对所述第四区段进行拟合，得到所述第四区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第四关系式；采用三次函数对所述第五区段进行拟合，得到所述第五区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第五关系式；采用常数函数对所述第六区段进行拟合，得到所述第六区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第六关系式；根据所述第四关系式、所述第五关系式和所述第六关系式，得到所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式。
[0011]结合第一方面，在一些实施例中，所述基本参数包括尺寸参数，所述环境参数包括空气密度。所述根据各个节点对应的雷诺数、各个节点上的风速、所述环境参数和所述基本参数，以及所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，确定各个节点的气动阻力和气动升力，包括：根据各个节点对应的雷诺数和所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式确定各个节点对应的阻力系数；根据各个节点对应的阻力系数、各个节点上的风速、所述空气密度和所述尺寸参数，确定各个节点的气动阻力；根据各个节点对应的雷诺数和所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式确定各个节点对应的升力系数；根据各个节点对应的升力系数、各个节点上的风速、所述空气密度和所述尺寸参数，确定各个节点的气动升力。
[0012]结合第一方面，在一些实施例中，所述基本参数还包括锚固端的位置、成桥索力和尺寸参数；其中，所述锚固端的位置包括梁端的位置和塔端的位置，所述成桥索力包括所述斜拉索在静态情况下的张力和所述斜拉索的重力。所述根据所述基本参数和所述预设数量确定各个节点的位置，包括：基于所述尺寸参数，以所述梁端的位置为原点，在所述斜拉索所在的平面内建立坐标系，并将所述斜拉索分为无限多个索微元；根据所述斜拉索在静态情况下的张力和所述斜拉索的重力，分析所述索微元的受力情况；基于所述坐标系，并根据所述梁端的位置和塔端的位置，确定梁端和塔端的弦线斜率；根据所述索微元的受力情况及所述梁端和塔端的弦线斜率，确定所述斜拉索的索形方程；基于所述坐标系，并根据所述索形方程、所述预设数量和所述尺寸参数，确定各个节点的位置。
[0013]结合第一方面，在一些实施例中，所述根据各个节点的气动阻力和气动升力，以及各个节点的位置，确定所述斜拉索的气动力的分布情况，包括：基于各个节点的位置，并根据各个节点的气动阻力，通过线性内插法确定相邻两个节点之间的索段上的气动阻力；基于各个节点的位置，并根据各个节点的气动升力，通过线性内插法确定相邻两个节点之间的索段上的气动升力；根据各个节点的气动阻力和气动升力，以及所述相邻两个节点之间的索段上的气动阻力和气动升力，确定所述斜拉索的气动力的分布情况。
[0014]结合第一方面，在一些实施例中，在所述确定所述斜拉索的气动力的分布情况后，所述方法还包括：根据所述基本参数，确定各个索单元的单元刚度矩阵；其中，所述基本参
数包括弹性模量、索截面对索截面的主惯性轴的惯性矩和尺寸参数；将各个索单元的单元刚度矩阵按照预设规则进行叠加，生成所述斜拉索的总体刚度矩阵；基于所述斜拉索的气动力的分布情况和所述斜拉索的总体刚度矩阵，确定所述斜拉索的索端力，所述索端力包括梁端所受的力和塔端所受的力。
[0015]第二方面，本申请实施例提供了一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算系统，包括：参数获取模块，用于获取斜拉索的基本参数和所述斜拉索所处的环境参数；节点参数确定模块，用于将所述斜拉索分成预设数量的索单元，得到所述斜拉索上的多个节点，根据所述基本参数和所述预设数量确定各个节点的位置，并根据各个节点的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，其特征在于，包括：获取斜拉索的基本参数和所述斜拉索所处的环境参数；将所述斜拉索分成预设数量的索单元，得到所述斜拉索上的多个节点，根据所述基本参数和所述预设数量确定各个节点的位置，并根据各个节点的位置和所述环境参数确定各个节点上的风速；根据风洞试验，利用拟合函数，分别确定所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式；根据各个节点上的风速和所述基本参数，确定各个节点对应的雷诺数，并根据各个节点对应的雷诺数、各个节点上的风速、所述环境参数和所述基本参数，以及所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，确定各个节点的气动阻力和气动升力；根据各个节点的气动阻力和气动升力，以及各个节点的位置，确定所述斜拉索的气动力的分布情况。2.如权利要求1所述的考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，其特征在于，所述根据风洞试验，利用拟合函数，分别确定所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，包括：根据风洞试验，得到第一曲线和第二曲线，所述第一曲线为所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的曲线，所述第二曲线为所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的曲线；采用不同的拟合函数对所述第一曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式；采用不同的拟合函数对所述第二曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式。3.如权利要求2所述的考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，其特征在于，所述第一曲线包括第一区段、第二区段和第三区段，所述第二曲线包括第四区段、第五区段和第六区段；所述采用不同的拟合函数对所述第一曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式，包括：采用四次函数对所述第一区段进行拟合，得到所述第一区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第一关系式；采用二次函数对所述第二区段进行拟合，得到所述第二区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第二关系式；采用常数函数对所述第三区段进行拟合，得到所述第三区段对应的所述斜拉索的阻力系数和雷诺数的第三关系式；根据所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，得到所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式；所述采用不同的拟合函数对所述第二曲线进行分段拟合，得到所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式，包括：采用三次函数对所述第四区段进行拟合，得到所述第四区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第四关系式；采用三次函数对所述第五区段进行拟合，得到所述第五区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第五关系式；采用常数函数对所述第六区段进行拟合，得到所述第六区段对应的所述斜拉索的升力系数和雷诺数的第六关系式；根据所述第四关系式、所述第五关系式和所述第六关系式，得到所述斜拉索的升力系
数随雷诺数变化的关系式。4.如权利要求1所述的考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，其特征在于，所述基本参数包括尺寸参数，所述环境参数包括空气密度；所述根据各个节点对应的雷诺数、各个节点上的风速、所述环境参数和所述基本参数，以及所述斜拉索的阻力系数和升力系数随雷诺数变化的关系式，确定各个节点的气动阻力和气动升力，包括：根据各个节点对应的雷诺数和所述斜拉索的阻力系数随雷诺数变化的关系式确定各个节点对应的阻力系数；根据各个节点对应的阻力系数、各个节点上的风速、所述空气密度和所述尺寸参数，确定各个节点的气动阻力；根据各个节点对应的雷诺数和所述斜拉索的升力系数随雷诺数变化的关系式确定各个节点对应的升力系数；根据各个节点对应的升力系数、各个节点上的风速、所述空气密度和所述尺寸参数，确定各个节点的气动升力。5.如权利要求1所述的考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆宽，韩原，张卓杰，郑云飞，孙一飞，韩鹏，邵林媛，褚泽楷，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：