[發(fā)明專利]一種考慮垂度效應的斜拉索等效彈性模量計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711112848.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107766676B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 張文明;蔣曉放;劉釗
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;E01D19/16;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種考慮垂度效應的斜拉索等效彈性模量計算方法，首先基于懸鏈線線形，建立斜拉索軸向拉力與克服垂度的伸長量之間的關系，獲得垂度效應的當量彈性模量；然后與斜拉索鋼絲的彈性模量進行合并，即可獲得斜拉索的等效彈性模量。本發(fā)明基于斜拉索的真實線形?懸鏈線，推導了等效彈性模量公式。與傳統(tǒng)的Ernst公式相比，計算精度大大提高。

技術領域

本發(fā)明屬于橋梁設計和計算領域，涉及一套完整的計算斜拉索考慮垂度效應的等效彈性模量的方法，尤其適用于將斜拉索垂度效應引起的非線性問題等效成線性問題。

背景技術

斜拉橋是一種受力合理、造型美觀的橋型，近60年來在世界范圍內得到了迅猛發(fā)展。中國2008年建成的蘇通大橋(主跨1088m)將斜拉橋跨徑首次突破千米大關，同年中國香港建成了主跨1018m的昂船洲大橋，2012年俄羅斯建成了主跨1104m的俄羅斯島大橋。中國目前正在施工的滬通大橋(主跨1092m)是世界最大跨度的公鐵兩用斜拉橋，也是世界首座跨度超過千米的公鐵兩用橋梁。

隨著斜拉橋跨度的增大，斜拉索的長度及水平投影長度也隨之增大。上述四座斜拉橋的最長斜拉索長度分別是581m、540m、580m和576m，最長斜拉索的水平投影長度分別是533m、450m、483m和546m。現(xiàn)代斜拉橋多采用密索體系，斜拉索的安全系數(shù)不小于2.5，因此斜拉索應力水平不高，一般小于700MPa。斜拉索超長的水平投影及低應力水平導致其垂度效應明顯。

斜拉索在自重作用下會產生一定的垂度，這一垂度的大小與索力有關，垂度與索力呈非線性關系。斜拉索張拉時，索的伸長量包括彈性伸長以及克服垂度所帶來的伸長，為了方便計算，可以用等效彈性模量的方法，在彈性伸長公式中計入垂度的影響。目前常用的等效彈性模量的計算公式是Ernst公式，該公式是基于斜拉索拋物線線形推導出來的。斜拉索的實際線形是懸鏈線，因此Ernst公式表示的等效彈性模量對于超長索可能精度不高，有必要基于懸鏈線線形精確計算斜拉索的等效彈性模量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服Ernst公式表示等效彈性模量的精度問題，基于斜拉索的懸鏈線線形提供一種精確計算斜拉索等效彈性模量的方法。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種考慮垂度效應的斜拉索等效彈性模量計算方法，首先基于懸鏈線線形，建立斜拉索軸向拉力與克服垂度的伸長量之間的關系，獲得垂度效應的當量彈性模量；然后與斜拉索鋼絲的彈性模量進行合并，即可獲得斜拉索的等效彈性模量。具體包括以下步驟：

(1)已知斜拉索的以下基本參數(shù)：水平投影長度l₀、兩個端點之間的距離l、兩個端點連線的傾角α、斜拉索的水平拉力H₀、斜拉索單位長度重度q、斜拉索上端點的軸向拉力T和斜拉索橫截面面積A；

(2)基于斜拉索的懸鏈線線形，而不是傳統(tǒng)的拋物線線形，建立斜拉索軸向拉力與克服垂度的伸長量之間的關系，用下式計算

式中，Δl為斜拉索端部伸長量。

(3)將的倒數(shù)代入下式，計算垂度效應的當量彈性模量E_f；

(4)將垂度效應的當量彈性模量與斜拉索鋼絲的彈性模量進行合并，獲得斜拉索的等效彈性模量。

將垂度效應的當量彈性模量E_f代入下式，計算斜拉索的等效彈性模量E_eq。

E_e是斜拉索鋼絲的彈性模量。

有益效果：本發(fā)明基于斜拉索的真實線形----懸鏈線，推導了等效彈性模量公式。與傳統(tǒng)的Ernst公式相比，計算精度大大提高。

附圖說明