[发明专利]一种管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法

权利要求书

1.一种管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法，其特征在于，所述管道悬索跨越结构抗风系统包括：

两条主索(11)，每条主索(11)分别穿过两个管道悬索跨越桥塔(12)的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主索(11)的下方通过若干根平行布置的主索吊索吊有管道悬索跨越桥面(15)；

两条水平抗风索(1)，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面(15)在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面(15)的两侧；所述两条水平抗风索(1)分别通过若干根平行布置的风拉索(2)与所述管道悬索跨越桥面(15)连接；

共轭索(3)，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面(15)的底部；所述共轭索(3)通过若干根平行布置的共轭索拉索(4)与所述管道悬索跨越桥面(15)连接；

在所述管道悬索跨越桥面(15)的一端或两端，所述水平抗风索(1)和主索(11)共用锚固墩；所述水平抗风索(1)和主索(11)共用锚固墩时，在桥墩(13)的两侧设置风索转向支架(5)实现水平抗风索(1)的转向，所述水平抗风索(1)经风索转向支架(5)锚固在风索和主索共用锚固墩(8)上；

所述管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法包括以下步骤：

步骤1，根据管道悬索跨越结构所处地形条件，拟定水平抗风索和共轭索的曲线要素；

步骤2，建立所述管道悬索跨越结构的有限元模型并计算所述管道悬索跨越结构的振动特性；

步骤3，根据管道悬索跨越结构所处地区计算风速并初步拟定水平抗风索型号；根据管道悬索跨越结构的竖向刚度要求初步拟定共轭索型号；

步骤4，根据所述管道悬索跨越结构的振动特性和管道悬索跨越结构刚度要求确定水平抗风索和共轭索的预张力；

步骤5，依据水平抗风索的受力情况，设计风索转向支架；

步骤6，组装管道悬索跨越结构抗风系统的缩尺模型并进行缩尺模型全桥风洞试验，验证极限状态下所述缩尺模型的抗风安全性能；如不能满足抗风安全要求，调整水平抗风索曲线和共轭索曲线，重复步骤1～步骤6；如满足抗风安全要求，则进行步骤7；

步骤7，根据最终的水平抗风索和共轭索计算主索、水平抗风索和共轭索的索力，并设计抗滑稳定安全系数和抗倾覆稳定安全系数均符合要求的主索锚固墩、共轭索锚固墩和风索锚固墩，从而完成管道悬索跨越结构抗风系统的设计。

2.根据权利要求1所述的管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法，其特征在于，步骤1中，所述水平抗风索和共轭索的抛物线表达式均为：

其中：y为曲线纵坐标；x为曲线横坐标；h为当x＝l时，y的值；f为抛物线矢高；l为抛物线总跨度；水平抗风索矢高采用水平抗风索跨度的1/12～1/20，共轭索矢高采用共轭索跨度的1/15～1/30。

3.根据权利要求2所述的管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法，其特征在于，

当水平抗风索或共轭索抛物线采用对称布置时，h＝0，抛物线表达式为：

拟定水平抗风索和共轭索的曲线要素时，根据管道悬索跨越结构所处地形条件，优先采用具有较小绝对值的h值，从h＝0开始选取。

4.根据权利要求1所述的管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法，其特征在于，所述主索(11)、水平抗风索(1)、共轭索(3)、主索吊索、风拉索(2)和共轭索拉索(4)均由若干根钢丝组成，并在所述主索(11)、水平抗风索(1)、共轭索(3)、主索吊索、风拉索(2)和共轭索拉索(4)的两端分别设置有锚头，所述主索(11)、水平抗风索(1)和共轭索(3)两端的锚头均连接叉耳，所述叉耳连接锚固墩锚固端耳板或风索转向支架的耳板结构。

5.根据权利要求1所述的管道悬索跨越结构抗风系统的设计方法，其特征在于，步骤5中，所述风索转向支架(5)以桥墩(13)为中心对称布置，且垂直于所述管道悬索跨越桥面(15)的纵向设置，所述风索转向支架(5)的两端均设置有耳板结构，所述水平抗风索(1)穿过所述耳板结构，用于实现的水平抗风索(1)的转向。