[发明专利]一种非滑移刚度理论的空缆线形计算方法

说明书

本发明公开了一种非滑移刚度理论的空缆线形计算方法，包括：步骤一：输出成桥状态下各跨无应力长度及内力与线形参数；步骤二：计算左锚跨的内力及线形；步骤三：计算左边跨内力及线形；步骤四：计算中跨内力及线形，得到H_L1和F_ixX₁；步骤五：计算右锚跨的内力及线形；步骤六：计算右边跨内力与线形，得到H_R2和F_ixX₂；步骤七：检查|H_L1‑H_R2|≤ε₁＝0.01，若满足进行步骤八，若不满足，则修正右锚跨水平分力H_R；步骤八：检查|F_ixX₁‑F_ixX₂|≤ε₂＝0.0001，若满足进行步骤九，若不满足，则修正左锚跨水平分力H；步骤九：计算完成，输出结果。本发明的方法具有易收敛、高精确性等特点，为任意跨悬索桥空缆线形的精确计算提供有力技术支撑。

技术领域

本发明涉及悬索桥施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种非滑移刚度理论的空缆线形计算方法，适用于任意跨对称或非对称悬索桥空缆线形的计算。

背景技术

悬索桥的主要结构为桥塔、主缆、吊杆、桥面系、锚碇等，其中主缆为主要受力结构。悬索桥的主缆线形关系到结构内力、桥梁净空、桥梁美观、加劲梁线形及施工难度等诸多方面，其中空缆线形的精确计算是悬索桥施工与控制的一项关键工作。

目前，空缆线形精确计算的常用方法主要有两种：有限元倒拆法和基于滑移刚度理论下的解析法。空缆线形的有限元倒拆法，往往需先建立能精确模拟鞍座的一系列刚性梁或杆单元，输入各种材料、几何特性和荷载参数，进行成桥状态的主缆线形计算，得到各单元的内力与线形。进而钝化所有节点荷载参数，释放主索鞍纵向约束，倒拆计算得到空缆线形与索鞍预偏量。这种方法很大程度上减小了鞍座对空缆线形的影响，但仍为一种近似求解，无法精确得到鞍槽内索段切点坐标及其竖向切角。而基于滑移刚度理论下的解析法，是基于成桥状态下的各跨索长不变原理，事先假定一组预偏量，依次从左锚跨往右锚跨循环，计算出索鞍左右两侧跨的变形刚度与内力，以索鞍力学平衡为条件，得到索鞍沿滑移面的滑移刚度，进而不断修正索鞍的预偏量，直到每个索鞍两侧沿滑移面水平相等或两侧切点到摇轴中心的力矩相等为止。而这种算法相对比较繁琐，计算效率相对低。因此，面对目前悬索桥空缆线形解析法不精确、收敛困难及计算繁琐低效的问题，亟需寻找一种易收敛、高精确性、适用于任意跨对称或非对称悬索桥空缆线形的计算方法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种非滑移刚度理论的空缆线形计算方法，该方法具有易收敛、高精确性等特点，为任意跨悬索桥空缆线形的精确计算提供有力技术支撑，解决了目前悬索桥空缆线形计算方法不精确、收敛困难及计算繁琐低效的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种非滑移刚度理论的空缆线形计算方法，包括步骤如下：

步骤一：基于主缆钢丝弹模、面积、各跨分跨点坐标、荷载、吊索索力、主跨矢跨比等参数，进行成桥状态计算分析，得到成桥状态下各跨无应力长度及内力与线形参数；

步骤二：设定左锚跨水平分力初始值H＝(Hx+Hs)/2，进行左锚跨的内力与线形计算，其中下限值Hx取1.0，上限值Hs取步骤一中得出的成桥状态左锚跨水平分力；

步骤三：根据散索鞍力学平衡，可计算得出左边跨内力与线形；

步骤四：按照步骤三的方法，进行中跨内力及线形计算，可得到右边塔索鞍左切点处水平力H_L1和不动点里程坐标F_ixX₁；

步骤五：设定右锚跨水平分力H_R初始值为左锚跨水平分力初始值H，进行右锚跨的内力与线形计算；