多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术提供了一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备，涉及桥梁设计领域，该方法首先计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角；然后利用水平夹角计算主缆的面积；再利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值；然后利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值；并将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果。该方法无需迭代，无需有限元建模计算，简化了中间塔抗推刚度计算过程，节省了计算成本。节省了计算成本。节省了计算成本。

【技术实现步骤摘要】
多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及桥梁设计领域，尤其是涉及一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]相比于常规双塔三跨悬索桥，多塔悬索桥可实现更大的跨越能力，但多塔悬索桥由于其自身结构，会产生“中塔问题”。多塔悬索桥的“中塔效应”问题主要体现在两个方面：一是在单侧车辆荷载作用下，中间塔与主缆相对滑动，易导致结构失稳，因此中间塔需要一定的柔度来协调两侧拉力比；二是中塔需要一定的抗推刚度来保证主梁挠跨比，对于风环境恶劣地区，还需要增大抗推刚度来保证抗风稳定性。可见，挠度问题决定了中塔抗推刚度的下限值，抗滑问题决定了中塔抗推刚度的上限值。因此，如何计算适宜的中塔抗推刚度，是多塔悬索桥建设的关键技术问题。
[0003]现有技术中，多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方案主要有以下两种：
[0004]一、假定中塔抗推刚度，利用有限元模型开展试算，验证是否满足挠度和抗滑要求，修正中塔抗推刚度并重复有限元计算，多次计算后最终获取中塔适宜抗推刚度区间；
[0005]二、假定中塔抗推刚度，利用简化公式试算和验证是否满足挠度和抗滑要求，修正中塔抗推刚度值，反复迭代后最终获取中塔适宜抗推刚度区间。
[0006]但现有技术在利用上述两个方案对多塔悬索桥的中间塔抗推刚度进行计算的过程中，需消耗大量的时间和精力去迭代寻找抗推刚度上下限的精确解，迭代过程繁琐复杂，计算成本较高。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备，该方法无需迭代，无需有限元建模计算，简化了中间塔抗推刚度计算过程，节省了计算成本。
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，该方法包括以下步骤：
[0009]计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角；
[0010]利用水平夹角计算主缆的面积；
[0011]利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值；
[0012]利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值；
[0013]将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果。
[0014]在一些实施方式中，计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角的步骤，利用以下算式计算：
[0015][0016][0017][0018]其中，α为主缆的水平夹角；x为主缆与多塔悬索桥的塔梁之间的水平距离；y为主缆与多塔悬索桥的塔梁之间的竖直距离；L为多塔悬索桥的主跨跨径。
[0019]在一些实施方式中，利用水平夹角计算主缆的面积的步骤，包括：
[0020]利用水平夹角计算主缆的内力值；其中主缆的内力值通过以下算式计算得到：
[0021][0022]上式中，T
m
为主缆的内力值；H
m
为主缆的水平内力值；g
b
为多塔悬索桥中主梁的自重荷载集度；g
c
为多塔悬索桥中主缆的自重荷载集度；q为多塔悬索桥中的车辆均布荷载；P为多塔悬索桥中的车辆集中荷载；f为多塔悬索桥的矢量高度。
[0023]利用多塔悬索桥的主缆材料容重值、主缆材料强度值以及主缆的内力值，计算主缆的面积；其中，主缆的面积通过以下算式计算得到：
[0024][0025]上式中，[σ
c
]为主缆材料强度值；γ
c
为主缆材料容重值；A
c
为主缆的面积。
[0026]在一些实施方式中，利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值的步骤，包括：
[0027]初始化以下算式组：
[0028][0029]上式组中，K
t
为中间塔的抗推刚度值；K
c
为中间塔中非加载跨的松边主缆的纵向刚度；E
c
为多塔悬索桥的主缆弹性模量；Δ为中间塔的顶端纵向偏移量；v为多塔悬索桥中主梁在活载作用下的挠度值；v
limit
为多塔悬索桥中主梁在活载作用下的挠度最大值；g为多塔悬索桥的恒载集度；
[0030]当v＝v
limit
时，将计算得到的K
t,min
作为中间塔的抗推刚度下限值。
[0031]在一些实施方式中，中间塔中非加载跨的松边主缆的纵向刚度K
c
通过以下算式计算得到：
[0032][0033]其中，g＝g
b
+g
c
。
[0034]在一些实施方式中，利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值的步骤，包括：
[0035]初始化以下算式组：
[0036][0037]上式组中，μ为多塔悬索桥的主缆与鞍座间的摩擦系数；a
s
为多塔悬索桥的主缆在鞍座上的包角；
[0038]当时，将计算得到的K
t,max
作为中间塔的抗推刚度上限值。
[0039]在一些实施方式中，多塔悬索桥的主缆与索鞍之间的抗滑安全系数满足以下算式：
[0040][0041]上式中，F
ct
为多塔悬索桥的主缆紧边拉力；F
cl
为多塔悬索桥的主缆松边拉力；K
h
为抗滑安全系数。
[0042]在一些实施方式中，将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果的步骤，包括：
[0043]获取中间塔的抗推刚度下限值K
t,min
以及中间塔的抗推刚度上限值K
t,max
；
[0044]将中间塔的抗推刚度值区间[K
t,min
,K
t,max
]确定为中间塔的抗推刚度计算结果。
[0045]第二方面，本专利技术实施例提供了一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算系统，该系统包括以下模块：
[0046]第一计算模块，用于计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角；
[0047]第二计算模块，用于利用水平夹角计算主缆的面积；
[0048]第三计算模块，用于利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值；
[0049]第四计算模块，用于利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值；
[0050]第五计算模块，用于将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果。
[0051]第三方面，专利技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面提到的多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法的步骤。
[0052]第四方面，本专利技术实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器运行时实现上述第一方面提到的多塔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，其特征在于，所述方法包括：计算所述多塔悬索桥中主缆的水平夹角；利用所述水平夹角计算所述主缆的面积；利用所述主缆的面积计算所述中间塔的抗推刚度下限值；利用所述主缆与索鞍之间的抗滑系数计算所述中间塔的抗推刚度上限值；将所述抗推刚度下限值以及所述抗推刚度上限值确定的所述中间塔的抗推刚度值区间作为所述中间塔的抗推刚度计算结果。2.根据权利要求1所述的多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，其特征在于，所述计算所述多塔悬索桥中主缆的水平夹角的步骤，利用以下算式计算：利用以下算式计算：利用以下算式计算：其中，α为所述主缆的水平夹角；x为所述主缆与所述多塔悬索桥的塔梁之间的水平距离；y为所述主缆与所述多塔悬索桥的塔梁之间的竖直距离；L为所述多塔悬索桥的主跨跨径。3.根据权利要求2所述的多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，其特征在于，所述利用所述水平夹角计算所述主缆的面积的步骤，包括：利用所述水平夹角计算所述主缆的内力值；其中所述主缆的内力值通过以下算式计算得到：上式中，T
m
为所述主缆的内力值；H
m
为所述主缆的水平内力值；g
b
为所述多塔悬索桥中主梁的自重荷载集度；g
c
为所述多塔悬索桥中主缆的自重荷载集度；q为所述多塔悬索桥中的车辆均布荷载；P为所述多塔悬索桥中的车辆集中荷载；f为所述多塔悬索桥的矢量高度；利用所述多塔悬索桥的主缆材料容重值、主缆材料强度值以及所述主缆的内力值，计算所述主缆的面积；其中，所述主缆的面积通过以下算式计算得到：上式中，[σ
c
]为所述主缆材料强度值；γ
c
为所述主缆材料容重值；A
c
为所述主缆的面积。4.根据权利要求3所述的多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，其特征在于，所述利用所述主缆的面积计算所述中间塔的抗推刚度下限值的步骤，包括：初始化以下算式组：
上式组中，K
t
为所述中间塔的抗推刚度值；K
c
为所述中间塔中非加载跨的松边主缆的纵向刚度；E
c
为所述多塔悬索桥的主缆弹性模量；Δ为所述中间塔的顶端纵向偏移量；v为所述多塔悬索桥中主梁在活载作用下的挠度值；v
limit
为所述多塔悬索桥中主梁在活载作用下的挠度最大值；g为所述多塔悬索桥的恒载集度；当v＝v
limit
时，将计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅瀚雨，王昌将，吴凌峰，肖刚，张岳，马碧波，
申请(专利权)人：浙江数智交院科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：