[发明专利]一种拱塔斜拉桥拱塔轴线优化方法

摘要

本发明涉及一种拱塔斜拉桥拱塔轴线优化方法，根据要求初步拟定拱塔斜拉桥拱塔轴线线形和拱塔各截面尺寸，计算拱塔自重q；将初始拱塔轴线离散为一系列包含索塔锚固点的节点及连续的短尺寸梁单元，建立有限元模型计算得到初始斜拉索索力Fi；将拱塔两侧斜拉索传递的荷载分解为拱塔轴线所在平面内的竖向荷载Vi和横桥向荷载Hi；计算拱塔各节段长度di；计算拱塔轴线优化后的节点Z坐标得到首次优化后拱塔轴线，采用迭代法计算确定最终优化后的拱塔轴线，用高次抛物线拟合得到光滑的拱塔轴线方程。本发明得到的拱塔斜拉桥的拱塔轴线各节点坐标很接近拱塔轴线优化荷载对应的压力线，可以大幅减小拱塔所受弯矩，让拱塔充分发挥抗压性能，节约材料。

主权项

1.一种拱塔斜拉桥拱塔轴线优化方法，其特征在于，包括以下的步骤：(1)初步拟定待优化拱塔轴线基本参数的初始值：a)拱塔轴线的跨度l、矢高f，取拱塔自重为沿拱塔轴线弧长均布的竖向分布荷载q；b)将初始拱塔轴线离散为一系列包含斜拉索锚固点的节点及连续的梁单元，拱塔轴线各节点的坐标(0，Y_i，Z_i)，其中节点编号i＝1,2,…,n+1，X_i、Y_i和Z_i分别为拱塔轴线第i号节点纵桥向坐标、横桥向坐标和竖向坐标，亦可用拱塔轴线曲线方程表述；c)各索梁锚固点的坐标(X_j，Y_j，Z_j)，j＝1,2,…,m，m为索梁锚固点数目，X_j、Y_j和Z_j分别为索梁锚固点第j号节点纵桥向坐标、横桥向坐标和竖向坐标；(2)根据拱塔斜拉桥主梁合理受弯状态优化确定斜拉索张拉索力T_i，i为索塔锚固节点的编号，计算确定拱塔轴线优化依据的参考荷载下的斜拉索索力F_i；(3)根据斜拉索索力F_i和索对应的塔、梁锚固点的坐标计算斜拉索索力的竖向分量V_i和横向分量H_i，i为索塔锚固节点的编号，其公式如下：(4)计算拱塔各节段的长度，其公式如下：(5)假定拱塔拱顶截面仅有水平力H₁，V₁＝0，M₁＝0，拱脚仅有水平反力H_n+1和竖向反力V_n+1，M_n+1＝0，则由拱塔受力平衡方程：联立以上三式，求得V_n+1，H_n+1，和H₁的值；(6)假定各拱塔轴线节点横桥向坐标Y_i不变，其中i＝1,2,…,n+1，从拱顶节段开始计算，使k节点弯矩为零的新的节点竖向坐标Z_k’，其中k＝2,…,n+1：求得Z_k’，则得到新的拱塔轴线节点坐标(0，Y_i，Z_i’)，其中i＝1,2,…,n+1；(7)若计算结果达到线形优化的目标，取步骤(6)中得到拱塔轴线节点坐标为拱塔轴线各节点坐标；否则按照新的拱塔轴线节点坐标，重复步骤(2)到步骤(6)迭代计算；(8)用高次抛物线拟合得到满足要求的拱塔轴线方程。