[发明专利]一种用于斜拉桥同向回转拉索的设计方法

权利要求书

1.一种用于斜拉桥同向回转拉索的设计方法，所述斜拉桥包括单柱式索塔、主梁以及连接单柱式索塔和主梁的回转拉锁体系，所述回转拉锁体系包括设置在主梁上的锚拉板、设置在单柱式索塔上的鞍座及拉索，所述拉索的两端固定在锚拉板上，拉索的中部绕在鞍座的外侧，其特征在于，所述斜拉桥同向回转拉索的设计用以确定拉索、鞍座和锚拉板的尺寸及数量，所述设计方法包括以下几个步骤：

(1)建立拉索体系几何力学方程，对拉索体系进行多重循环修正计算，直至通过已知参数A得到精确的待定参数U；

(2)根据已知参数A和待定参数U，建立索塔外表面空间描述几何方程，进行塔上鞍座出口点计算，得到鞍座出口点的准确坐标值；

(3)由已知参数A、未知参数U及鞍座出口点的准确坐标值，对设置于桥梁不同位置的拉索进行定位设计和定位后的关联结构设计，并得到拉索长度、鞍座曲线段和直线段长度、锚拉板沿拉索轴线长度；

(4)通过步骤(3)得到的拉索长度、鞍座曲线段和直线段长度、锚拉板沿拉索轴线长度，结合拉索通用数据库C、鞍座数通用据库S和锚拉板通用数据库B，得到每根拉索、每个鞍座及每块锚拉板的尺寸；按通用数据库C、鞍座数通用据库S和锚拉板通用数据库B各材料的规格、外径、壁厚分类，统计并输出全桥拉索、鞍座、锚拉板材料数量；

所述的已知参数A包括拉索梁上锚固点至梁顶垂距D_g＇，索、梁顶面交点至梁中平距Y_t＇，索、梁隔板交点对应桥面设计高程点至塔轴纵距X_e，索、梁隔板交点c的坐标(X_c，Y_c，Z_c)及点c至梁顶垂距D_c＇，鞍座顶点控制坐标X_a＇、Z_a＇，鞍座控制半径R_a＇；

所述的待定参数U包括拉索绕在鞍座上的弧线的顶点a的坐标、拉索绕在鞍座上的弧线的端点b的坐标、拉索在锚拉板上的锚固点g的坐标、拉索延长线与梁顶面交点t的坐标，拉索垂度面内拉索悬链线顶点切线与顶点垂线的锐夹角α、拉索垂度面内拉索悬链线底点切线与底点水平线的锐夹角β，鞍座形心线半径R_a、圆心角θ_a、设置斜度α＇，辅助计算用与拉索垂度面相切的虚拟基准圆筒半径R_s，对称于X-O-Z面的两拉索垂度面的锐夹角θ_s，梁段顶正倾角i_c，拉索垂度面内拉索与梁顶面锐夹角β_c及其在X-O-Z面上的投影β_c＇；

步骤(2)中得到鞍座出口点的准确坐标值包括以下具体步骤：

(Ⅰ)获得双平行线方程及拉索垂度面方程，求得两条平行线与拉索垂度面的两个交点，所述双平行线分别为过拉索绕在鞍座上的弧线的端点b、索塔轴线与索塔底面交点d的两水平面与索塔外表面的交线，拉索垂度面方程和b点平行线方程得到拉索垂度面与b点平行线交点坐标X_bj、Y_bj；由拉索垂度面方程和d点平行线方程得到拉索垂度面与d点平行线交点坐标X_dj、Y_dj；

(Ⅱ)获得两个交点的连线方程及鞍座圆弧端点切线方程，两个交点连线与鞍座圆弧端点切线的交点即为鞍座出口点，其坐标为(X₁₁，Y₁₁，Z₁₁)；

所述的双平行线方程为：

所述的双平行线方程为：

b点平行线：X/A_b+Y/B_b＝1或X/A_b＝1或Y/B_b＝1，Z＝Z_b

d点平行线：X/A_d+Y/B_d＝1或X/A_d＝1或Y/B_d＝1，Z＝Z_d

其中，双平行线方程按线与X、Y轴均相交、线与Y轴平行、线与X轴平行三种状态选择式相应型式；A_b为b点平行线与X轴交点的X坐标，B_b为b点平行线与Y轴交点的Y坐标，Z_b为b点的Z坐标；A_d为d点平行线与X轴交点的X坐标，B_d为d点平行线与Y轴交点的Y坐标，Z_d为d点的Z坐标；

所述的拉索垂度面方程为：

Y＝[tg(π/2－θ_s/2)]×(X－X_b)+Y_b

其中，X_b为b点已知的X坐标，Y_b为b点已知的Y坐标；

由拉索垂度面方程和b点平行线方程得到拉索垂度面与b点平行线交点坐标X_bj、Y_bj；由拉索垂度面方程和d点平行线方程得到拉索垂度面与d点平行线交点坐标X_dj、Y_dj；

在拉索垂度面上的局部坐标系X_b-Ob-Y_b内，即坐标系原点在b点，X_b轴垂直指向塔底，Y_b轴水平指向梁上锚索区的坐标系内，拉索垂度面与b点平行线交点及拉索垂度面与d点平行线交点的连线的方程为：

鞍座圆弧端点切线方程为：

Y_b＝k_α×X_b；k_α＝tgα

所述两个交点连线与鞍座圆弧端点切线的交点即为鞍座出口点，其坐标(X₁₁，Y₁₁，Z₁₁)为：