[發明專利]一種確定懸索橋主纜線形的方法

有效

• 申請號: 202010118482.6
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111222193B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張文明;常佳琦;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;G06F30/23;E01D19/16;E01D11/02
• 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

本發明公開了一種確定懸索橋主纜線形的方法，包括以下步驟：首先用水平和豎向彈簧代替橋塔，其次循環調整主跨和左右兩邊跨的三跨橋?彈簧模型，然后循環調整左右兩個錨跨，并整合包含主跨、左右邊跨、左右錨跨的五跨橋?彈簧模型，再建立有初始內力的橋塔模型，接著整合全橋模型，最后拆除部件退回空纜狀態。本發明考慮錨跨、橋塔壓縮、主索鞍偏移、散索鞍轉動等影響因素，可便捷地實現成橋狀態及空纜狀態下精確確定懸索橋主纜線形。

技術領域

本發明屬于橋梁設計領域，特別涉及一種確定懸索橋主纜線形的方法。

背景技術

在當前橋梁設計和建設中，懸索橋是一種受到廣泛歡迎的橋型。因為它能夠跨越很大的跨度，并且具有結構輕盈、造型美觀的優點，所以備受工程師們的青睞。近年來，世界范圍內大跨度懸索橋的設計和建造規模越來越大，我國也十分熱衷于修建大跨度的懸索橋，世界十大跨度懸索橋中有半數以上位于中國，例如2019年10月開通的武漢楊泗港長江大橋，該橋跨徑布置為465m+1700m+465m，現在是中國第一大跨徑懸索橋。目前建設中的南京仙新路過江通道跨長江懸索橋主跨為1760m，建成后將再次刷新我國的懸索橋跨徑紀錄。

然而，主纜找形問題一直以來都是工程界和學術界的焦點。在懸索橋的施工過程中，要求精確控制主纜的架設線形，這就要根據設計階段中精確的成橋線形，反算出施工中的各項控制參數。直至目前，主纜找形的方法主要有解析法、有限元法、解析法與有限元法的迭代算法。解析法的計算思路明確，多使用分段拋物線理論或分段懸鏈線理論，先計算出成橋狀態的主纜線形，然后根據無應力索長相等的原則計算出施工階段的主纜線形。解析法以已知的吊桿力為前提，然而在獲取吊桿力時通常采用近似求解的方法，其結果往往是不夠精確的。有限元法基于有限位移理論，通過結構的非線性迭代計算，不斷更新節點位置和單元內力，進而確定主纜線形。目前已有的有限元方法大多沒有考慮錨跨的影響，也沒有考慮橋塔壓縮、主索鞍偏移、散索鞍轉動等因素，使得計算結果不夠精確，與工程實際產生偏離。解析法與有限元法的迭代算法先根據初始吊桿力，通過解析法計算主纜線形，再使用有限元軟件，考慮主纜-吊桿-加勁梁的相互作用，獲取更為精確的吊桿力，循環迭代實現主纜的精確找形，雖然精度較之解析法有所提高，但計算過程復雜。

發明內容

發明目的：針對上述問題，本發明提供一種考慮錨跨、橋塔壓縮、主索鞍偏移、散索鞍轉動等影響因素，可便捷地實現成橋狀態及空纜狀態下精確確定懸索橋主纜線形的方法。

技術方案：本發明提出一種確定懸索橋主纜線形的方法，包括如下步驟：

(1)用彈簧代替橋塔：用水平和豎向彈簧代替橋塔，令水平彈簧和豎向彈簧的剛度分別和橋塔的側彎剛度和壓縮剛度相等；

(2)循環調整三跨橋-彈簧模型：循環調整主跨和左右兩邊跨的三跨橋-彈簧模型，具體的調整主纜跨中高程和調整左塔IP點橫坐標、調整右塔IP點橫坐標、調整兩塔IP點縱坐標和調整上吊點橫坐標；令主纜跨中高程、左右橋塔IP點的橫縱坐標、所有上吊點的橫坐標和所有下吊點的橫縱坐標都滿足精度要求；

(3)循環調整左右兩個錨跨：循環調整左右兩個錨跨，令在受力后散索點在計算中不發生移動，并且散索鞍的傾角和第一邊跨單元的應變保持不變；

(4)整合五跨橋-彈簧模型：整合包含主跨、左右邊跨、左右錨跨的五跨橋-彈簧模型，在重力荷載下計算一次，驗證整合后模型處于平衡態；

(5)建立有初始內力的橋塔模型：建立有初始內力的橋塔模型，令橋塔在受到與豎向彈簧內力等大的豎向壓力時，橋塔不產生新的壓縮變形；

(6)整合全橋模型：整合全橋模型，在重力荷載下計算一次，驗證整合后全橋模型處于平衡態，并獲取成橋狀態的主纜線形；

(7)拆除部件退回空纜狀態：拆除部件退回空纜狀態，并獲取空纜狀態的主纜線形和主索鞍預偏量、散索鞍預偏角、索夾安裝位置等施工關鍵參數。