[發明專利]一種懸索橋空纜安裝線形和索鞍初始安裝位置的確定方法

有效

• 申請號: 201811180900.3
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109271733B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張文明;田根民;劉釗
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 梁耀文

本發明公開了一種懸索橋空纜安裝線形和索鞍初始安裝位置的確定方法，該方法包括以下步驟：首先確定用于表述空纜線形的未知數；然后根據各跨高差和跨徑閉合、無應力長度守恒、以及散索鞍力矩的平衡等條件來建立方程；接著，將方程中的非未知量參數表達成未知量的函數，并代入到方程組中；再利用規劃求解方法求解方程組，一次性獲得未知量的值，最后運用得到的值調整并確定主纜和索鞍的初始安裝位置并完成安裝。通過本發明方法可以精確地確定懸索橋空纜線形參數(主纜水平力、懸鏈線方程參數、主索鞍預偏量和散索鞍預偏角等)。方法使用方便，結果精確可靠，可用于懸索橋施工控制，指導施工。

技術領域

本發明屬于橋梁施工監控領域，特別涉及一種懸索橋空纜安裝線形和索鞍初始安裝位置的確定方法。

背景技術

懸索橋由主纜、吊桿、橋塔、錨碇、主索鞍、散索鞍和索夾等構成。懸索橋結構設計、施工計算的最終目的是高精度地達到設計所要求的成橋狀態。首先由設計參數和外荷載確定出成橋主纜的理論線形，它為施工計算提供數據源。主纜一經架設完成很難進行后期線形調整，因此精準的空纜線形和主/散索鞍預偏量是實現懸索橋成橋設計線形的關鍵因素。這些參數的精確計算需考慮主索鞍和散索鞍圓弧的影響，以及塔頂標高預抬高的影響。

索鞍的作用是使主纜沿一定的曲線轉向，因而直接約束著主纜的變形，在任何情況下主纜均應與鞍座相切。主索鞍一般只有一段圓弧，而散索鞍有多段不等半徑的圓弧，給邊跨和錨跨的線形計算造成一些麻煩。

主索鞍和散索鞍在安裝時均有預偏量。在成橋狀態，主索鞍兩側的主纜水平分力相同，散索鞍兩側主纜軸向拉力對轉動點力矩平衡。但是各跨作用在主纜上的外荷載并不相等，例如主跨較長，荷載較重，而邊跨荷載較輕，甚至沒有吊索荷載。在空纜狀態這些外荷載還沒有施加，這種狀態的主纜內力相當于成橋狀態的主纜內力減去了外荷載所產生的主纜內力，當然主跨減小得多，邊跨減小得少，如果索鞍保持為成橋狀態的位置，勢必產生強大的不平衡力。這種不平衡力將導致橋塔偏位和主纜索股在索鞍內的滑移危險。為了消除這種不平衡力，需要偏移主索鞍和偏轉散索鞍，通過跨度的改變引起跨中垂度的顯著改變，從而改變主纜的內力，讓相鄰兩跨主纜在索鞍處保持一定的平衡關系。這種偏移量或偏轉量就是索鞍的預偏量。

裸塔頂標高大于成橋狀態塔頂標高，高出的部分稱為預抬高。在成橋狀態，主纜對橋塔施加一個巨大的向下作用力，使得橋塔產生一個壓縮量。如果將該壓縮量設置為裸塔塔頂預抬高，在成橋狀態橋塔頂部標高可達到設計值。

為了精確計算懸索橋的空纜線形和主/散索鞍預偏量，需要發明一種計算方法。

發明內容

發明目的：針對上述問題，本發明提供一種可以精確地確定懸索橋空纜線形參數，使用方便，結果精確可靠的懸索橋空纜安裝線形和索鞍初始安裝位置的確定方法。

與成橋主纜線形計算不同，空纜線形和索鞍預偏量的計算需各跨聯立進行，因為任一跨的線形和參數受到相鄰跨的影響。利用分跨點的幾何相容條件、力學平衡條件和邊界幾何約束條件建立耦合方程組，并設法將方程組中的參數表達成未知數的函數，最后利用非線性規劃求解法求出未知數。

技術方案：本發明提出一種懸索橋空纜安裝線形和索鞍初始安裝位置的確定方法，包括如下步驟：

(1)確定用于表述懸索橋空纜線形的未知數，未知數共有17個，包括：

各跨主纜水平力：H′_a,L,H′_s,L,H′_m,H′_s,R,H′_a,R；H’_s,L＝H’_m＝H’_s,R，可看作一個未知量；

各跨主纜懸鏈線方程參數：a′_a,L,a′_s,L,a′_m,a′_s,R,a′_a,R；