[發明專利]主纜對索塔等效抗推剛度值、索塔縱向偏位計算方法及系統

在審

• 申請號: 202011159830.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112231817A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 譚紅梅;周靜;曾勇;張學義;吳秀平;侯柱劍;徐艷;何東洋;周文博
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 孫方

本發明公開了一種等效抗推剛度值、主纜對索塔縱向偏位計算方法及系統，該方法用于主纜對索塔的彈性支承計算方法，以及索塔縱向偏位初估計算方法，該方法首先獲取主纜各節段的纜索參數；建立纜索當前階段的有限元模型；然后獲取主纜分力變化值；最后根據主纜分力變化值計算索塔左右兩側主纜的等效抗推剛度值；根據索塔左右兩側主纜的等效抗推剛度值計算索塔總的抗推剛度；計算索塔偏位。本發明提供的方法，通過探索主纜的受力與線形的關系，分析在一定索塔偏位下，得到基于懸鏈線理論的主纜等效抗推計算公式，用于計算分析主纜對索塔的等效彈性支承作用。推導出可指導實際施工或監測分析的簡化公式，建立快速估算索塔偏位的計算方法。

技術領域

本發明涉及懸索橋施工技術領域，特別是一種主纜對索塔的彈性支承計算方法及索塔縱向偏位初估方法。

背景技術

隨著我國經濟和科學技術的發展，大跨徑的橋梁越建越多，而在所有橋型中，懸索橋是最適合的一種。目前在我國跨徑超過千米的橋梁中，80％以上是懸索橋。但是懸索橋是典型柔性橋梁，其索塔高度可接近300米，呈現細長桿件的受力特點。不管在施工階段，還是在成橋后的運營階段，索塔兩側外部荷載的變化，均會引橋兩端主纜水平分力的不相等，差值越大，引起索塔的偏位越明顯，從而給索塔底部帶來安全隱患。這在多跨懸索橋的中塔中表現得尤為明顯。

一般提前計算好索塔塔頂縱向偏位的容許值，在施工及后期的監測中，都會嚴格監測索塔頂端的縱向位移值，控制其在容許范圍內。索塔塔頂的偏位值，跟索塔本身的縱向抗推剛度有關，也跟與塔相連的兩端主纜受力、形狀等有關。精確計算的話，需要多次建立全橋的有限元模型。這在對進度要求高的施工階段，或需要及時發出預警的橋梁監測中，顯得復雜且得耗費一定的時間，同時對現場監控人員的專業功底要求也高。

采用簡化計算的方法，無疑可為施工監測人員帶來極大的便利。國外有專家提出將主纜等效為拋物線，再根據拋物線線形及主纜的應力應變關系，來計算主纜對索塔的等效彈性支承作用。但是實際的主纜是一懸鏈線(施工中)或多段懸鏈線(運營期)，拋物線的假定無疑會帶來較大的誤差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種主纜對索塔的彈性支承計算方法及索塔縱向偏位初估方法，該方法能快速計算索塔縱向偏位值。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供的主纜對索塔縱向偏位計算方法，包括以下步驟：

獲取主纜各節段的纜索參數；

建立纜索當前階段的有限元模型；

獲取主纜分力變化值；

根據主纜分力變化值計算索塔左右兩側主纜的等效抗推剛度值；

根據索塔左右兩側主纜的等效抗推剛度值計算索塔總的抗推剛度；

計算索塔偏位。

進一步，所述纜索參數包括纜索的彈性模量E、纜索的截面面積A、沿懸鏈線無應力長的均布荷載集度q₀、懸鏈線的無應力長度S₀等值。

進一步，所述主纜分力變化值包括主纜在塔頂處豎向分力的變化值V、主纜在塔頂處水平分力的變化值H。

進一步，所述等效抗推剛度值按照以下公式進行計算：

式中，

其中，各參數的含義分別如下：

k_c為等效抗推剛度值；E為纜索的彈性模量；A為纜索的截面面積；