[发明专利]主缆对索塔等效抗推刚度值、索塔纵向偏位计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种等效抗推刚度值、主缆对索塔纵向偏位计算方法及系统，该方法用于主缆对索塔的弹性支承计算方法，以及索塔纵向偏位初估计算方法，该方法首先获取主缆各节段的缆索参数；建立缆索当前阶段的有限元模型；然后获取主缆分力变化值；最后根据主缆分力变化值计算索塔左右两侧主缆的等效抗推刚度值；根据索塔左右两侧主缆的等效抗推刚度值计算索塔总的抗推刚度；计算索塔偏位。本发明提供的方法，通过探索主缆的受力与线形的关系，分析在一定索塔偏位下，得到基于悬链线理论的主缆等效抗推计算公式，用于计算分析主缆对索塔的等效弹性支承作用。推导出可指导实际施工或监测分析的简化公式，建立快速估算索塔偏位的计算方法。

技术领域

本发明涉及悬索桥施工技术领域，特别是一种主缆对索塔的弹性支承计算方法及索塔纵向偏位初估方法。

背景技术

随着我国经济和科学技术的发展，大跨径的桥梁越建越多，而在所有桥型中，悬索桥是最适合的一种。目前在我国跨径超过千米的桥梁中，80％以上是悬索桥。但是悬索桥是典型柔性桥梁，其索塔高度可接近300米，呈现细长杆件的受力特点。不管在施工阶段，还是在成桥后的运营阶段，索塔两侧外部荷载的变化，均会引桥两端主缆水平分力的不相等，差值越大，引起索塔的偏位越明显，从而给索塔底部带来安全隐患。这在多跨悬索桥的中塔中表现得尤为明显。

一般提前计算好索塔塔顶纵向偏位的容许值，在施工及后期的监测中，都会严格监测索塔顶端的纵向位移值，控制其在容许范围内。索塔塔顶的偏位值，跟索塔本身的纵向抗推刚度有关，也跟与塔相连的两端主缆受力、形状等有关。精确计算的话，需要多次建立全桥的有限元模型。这在对进度要求高的施工阶段，或需要及时发出预警的桥梁监测中，显得复杂且得耗费一定的时间，同时对现场监控人员的专业功底要求也高。

采用简化计算的方法，无疑可为施工监测人员带来极大的便利。国外有专家提出将主缆等效为抛物线，再根据抛物线线形及主缆的应力应变关系，来计算主缆对索塔的等效弹性支承作用。但是实际的主缆是一悬链线(施工中)或多段悬链线(运营期)，抛物线的假定无疑会带来较大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种主缆对索塔的弹性支承计算方法及索塔纵向偏位初估方法，该方法能快速计算索塔纵向偏位值。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的主缆对索塔纵向偏位计算方法，包括以下步骤：

获取主缆各节段的缆索参数；

建立缆索当前阶段的有限元模型；

获取主缆分力变化值；

根据主缆分力变化值计算索塔左右两侧主缆的等效抗推刚度值；

根据索塔左右两侧主缆的等效抗推刚度值计算索塔总的抗推刚度；

计算索塔偏位。

进一步，所述缆索参数包括缆索的弹性模量E、缆索的截面面积A、沿悬链线无应力长的均布荷载集度q₀、悬链线的无应力长度S₀等值。

进一步，所述主缆分力变化值包括主缆在塔顶处竖向分力的变化值V、主缆在塔顶处水平分力的变化值H。

进一步，所述等效抗推刚度值按照以下公式进行计算：

式中，

其中，各参数的含义分别如下：

k_c为等效抗推刚度值；E为缆索的弹性模量；A为缆索的截面面积；