[發明專利]大跨徑懸索管道橋成橋主索線形計算方法

有效

• 申請號: 202010899711.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112035928B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 左雷彬;胡川川;楊威;詹勝文;劉思萌;陳曉暉;李國輝
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油管道局工程有限公司;中國石油天然氣管道工程有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠;胡玉章

本發明涉及一種大跨徑懸索管道橋成橋主索線形計算方法，屬于油氣管道跨越設計領域，包括根據空間拋物線理論估算主索始端三向分力初值；利用節線法迭代計算并得到修正后的主索始端三向分力；以主索始端三向分力和設計控制點為迭代初值，利用空間分段懸鏈線理論計算主索線形及各索段無應力長度；利用修正影響矩陣法獲得迭代變量增量，反復迭代，修正主索始端三向分力，重新計算得到主索線形及各索段無應力長度。本發明解決了以往設計不精、假設過多，計算誤差太大的問題，采用本方法開展設計和計算，可以大大提高懸索管道橋成橋主索線形及無應力長度計算精度。

技術領域

本發明涉及一種大跨徑懸索管道橋成橋主索線形計算方法，屬于油氣管道跨越設計領域。

背景技術

管道懸索橋一般由主索、吊索、風索、風拉索、穩定索(共軛索)、加勁梁、索塔和錨碇等組成。由于其主要用途是輸送石油、天然氣或水，橋面上通常會設置支座用于架設管道，并設置簡易檢修道以方便管道的施工和后期維修。管道懸索橋寬跨比小，結構剛度小，抗風問題敏感，一般需設置風索體系。管道懸索橋的受力特征是：作用在橋面上的荷載和因風索產生的豎向荷載通過吊索傳至主索，再傳至索塔和錨碇；作用在橋面的水平荷載通過風拉索傳至風索主索，再傳至錨碇；傳力途徑明確。

管道懸索橋是以柔性索結構為主要承重結構的纜索體系。索結構受力后，反映出小應變大變形的受力特征。在荷載作用下，荷載與變形呈現出明顯的非線性的關系，經典結構力學已不再適用，因為經典結構力學忽略了結構的微小變形，平衡方程建立在變形前的幾何位置上。計算大變形的結構，應在變形后的位置上建立平衡方程，并且需要迭代計算。

目前，工程上設計人員主要利用平面拋物線理論對主索始端三向力估計作為迭代初值，對于空間主纜，該方法具有較大誤差，可能會導致后續迭代不收斂。

發明內容

為解決上述問題，準確估計懸索跨越成橋主索始端三向力，本發明的目的在于提供一種大跨徑懸索管道橋成橋主索線形計算方法。通過引入節線法對主索始端三向力進行進一步的精確估計，使得程序的收斂性大大提高。由于本方法中采用分段懸鏈線，用數值迭代計算空間主索線形，是一種精確的計算方法。分段懸鏈線方法不存在利用有限元法計算時的那種假設誤差，它根據力學平衡條件和變形相容條件確定各部分索力和曲線形狀，自動計入了索曲線的所有非線性，與有限元相比，計算精度大為提高。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種大跨徑懸索管道橋成橋主索線形計算方法，包括以下步驟：

步驟1，根據空間拋物線理論估算主索始端三向分力初值H_FX0、H_FY0和V_F0；

步驟2，以主索始端三向分力初值H_FX0、H_FY0、V_F0為迭代初值，利用節線法迭代計算并得到修正后的主索始端三向分力H_FXL、H_FYL、V_FL；

步驟3，以主索始端三向分力H_FXL、H_FYL、V_FL為迭代初值，由始端至末端對主索各索段進行計算，包括：

步驟3.1，根據第i索段起始端三向分力、第i索段縱橋向長度x_i和主索平衡方程計算出主索第i索段無應力長度S_Fi及第i索段橫、豎橋向長度y_i、z_i；

步驟3.2，對于第i根吊索，由步驟3.1中所述主索平衡方程計算得到吊索的上吊點坐標，同時根據已知的吊索下吊點坐標、下吊點設計豎向分力，計算出吊索上吊點橫向分力P_FDYJi和吊索的無應力長度S_FDi；