[发明专利]梁端锚固力竖向分量等效的柔性斜拉索设计计算方法

说明书

本发明属于桥梁工程设计技术领域，具体为梁端锚固力竖向分量等效的柔性斜拉索设计计算方法。本发明方法包括以下步骤：获取理想化直线斜拉索的梁端锚固力，以及斜拉索的水平投影长度和竖向投影长度；采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的梁端倾角的正弦值，再计算梁端倾角；采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的塔端倾角的正弦值，再计算塔端倾角；计算悬链线斜拉索的梁端锚固力和塔端锚固力；采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的无应力长度。与现有的基于梁端锚固力水平分量等效的方法相比，本发明可使得斜拉桥中斜拉索的设计更为合理，提升斜拉桥的设计技术水平。

技术领域

本发明属于桥梁工程设计技术领域，具体涉及斜拉桥的柔性斜拉索设计计算方法。

背景技术

斜拉索是斜拉桥中的重要构件，目前工程中一般采用平行钢丝或者钢绞线为受力载体的成品柔性拉索。斜拉索的设计内容主要包括索端锚固力、索端倾角和锚固点间的无应力长度。

斜拉桥计算分析时，通常将斜拉索简化为连接两锚固点的直线构件。然而，柔性斜拉索在自重作用下的真实线形为悬链线，索端锚固力、索端倾角和无应力长度与理想化的直线拉索必然不同。因此，斜拉索的设计必须要根据一定的等效原则重新计算。等效原则可以是斜拉索梁端锚固力的水平分量与理想直线拉索梁端锚固力的水平分量相同，也可以是梁端锚固力的竖向分量相同。基于锚固力水平分量等效的斜拉索设计计算方法是当前的主流方法，其优点是简单快捷。但是，斜拉索在斜拉桥中的根本目的是为桥面纵梁提供竖向支承力及支承刚度，而基于锚固力水平分量等效的计算方法会减小竖向支承力，对桥面纵梁带来不利的设计偏差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有方法存在的缺陷而提供的更为合理的柔性斜拉索设计计算方法，这种方法采用了梁端锚固力竖向分量等效的原则。

本发明提供的柔性斜拉索设计计算方法，采用梁端锚固力竖向分量等效原则，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取理想化直线斜拉索的梁端锚固力T_A0，以及斜拉索的水平投影长度L和竖向投影长度Z；

步骤S2：采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的梁端倾角的正弦值sinθ_A，再计算梁端倾角θ_A；

步骤S3：采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的塔端倾角的正弦值sinθ_B，再计算塔端倾角θ_B；

步骤S4：计算悬链线斜拉索的梁端锚固力T_A和塔端锚固力T_B；

步骤S5：采用牛顿迭代法计算悬链线斜拉索的无应力长度S₀。

所述步骤S1中，梁端锚固力T_A0从斜拉桥有限元分析结果中获取，水平投影长度L和竖向投影长度Z从结构设计图纸获取。

所述步骤S2中，计算斜拉索梁端倾角正弦值sinθ_A的迭代式是根据梁端锚固力竖向分量等效的原则推导而得，具体的迭代式为：

其中，F(sinθ_A)的函数表达式为：

F′(sinθ_A)是F(sinθ_A)对sinθ_A的导数，其函数表达式为：

q为斜拉索的线重度，α为理想化直线斜拉索与水平面的夹角。sinθ_A的初始迭代值可取0～1之间的任一值。梁端倾角θ_A的计算式为：

θ_A＝arcsin(sinθ_A)。