[发明专利]一种用于斜拉桥同向回转拉索的设计方法

说明书

本发明涉及斜拉桥同向回转拉索体系的设计，具体设计操作如下：建立拉索体系几何、力学方程，对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；建立索塔外表面描述几何方程，计算塔上鞍座出口点的准确位置；建立拉索、鞍座、锚拉板通用数据库C、S、B，进行构件尺寸设计和材料数量计算；模拟放样，核查冲突，修正设计；汇总设计参数，统计材料数量。与现有技术相比，本发明提出了一种对同向回转拉索体系进行系统、精确设计的方法，解决了拉索体系的技术新、推广难问题，推动了斜拉桥同向回转拉索这一原创性技术的实用化发展和规模化应用。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于斜拉桥同向回转拉索的设计方法。

背景技术

目前，斜拉桥呈加速发展的趋势，尤其是在国内，越来越的斜拉桥被应用于中国的跨海、跨江大动脉工程以及城市交通建设工程。但总体看，跨径发展趋势较为明显，支撑技术发展相对滞后。尤其是对混凝土索塔锚索塔壁受拉开裂的担心，始终困扰着斜拉桥的每一次应用。

在斜拉桥传统拉索体系中，人们一直在发展各种锚索结构，克服拉索对混凝土索塔塔壁的巨大拉力，先后有混凝土齿块、钢锚箱、钢锚梁、纵向钢鞍座等结构。总体技术已趋成熟，但关键技术仍有缺陷，一旦控制效果不佳，即有塔壁开裂发生。

混凝土索塔锚索技术还在发展：①改进技术。结构不断优化，计算及试验规模逐步大型化。②另辟途径。以钢材和混凝土构建各类组合结构索塔。拉索体系也在发展，但以改进索塔锚索状态为目的的发展，在国内外尚未见其他公开报导。

新近提出的新概念同向回转拉索，将拉索绕过索塔并产生环形压力，从机理上解决了索塔锚索区开裂问题。但这一创新型拉索存在诸多技术上的空白，一系列由概念向实用的转化问题还需要逐一解决，而如何实现对拉索进行系统、精确的设计，即为其中的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能有效解决索塔锚索区受拉开裂问题用于斜拉桥同向回转拉索的设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：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，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。

所述步骤(1)中，斜拉桥同向回转拉索的设计以总体坐标系X-O-Y为基准，坐标系原点在塔中心线高程±0m处，X轴指向梁上锚索区，Y轴指向拉索侧，Z轴指向塔顶。

所述的拉索体系几何力学方程包括：