[发明专利]多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备

说明书

本发明提供了一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备，涉及桥梁设计领域，该方法首先计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角；然后利用水平夹角计算主缆的面积；再利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值；然后利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值；并将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果。该方法无需迭代，无需有限元建模计算，简化了中间塔抗推刚度计算过程，节省了计算成本。

技术领域

本发明涉及桥梁设计领域，尤其是涉及一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备。

背景技术

相比于常规双塔三跨悬索桥，多塔悬索桥可实现更大的跨越能力，但多塔悬索桥由于其自身结构，会产生“中塔问题”。多塔悬索桥的“中塔效应”问题主要体现在两个方面：一是在单侧车辆荷载作用下，中间塔与主缆相对滑动，易导致结构失稳，因此中间塔需要一定的柔度来协调两侧拉力比；二是中塔需要一定的抗推刚度来保证主梁挠跨比，对于风环境恶劣地区，还需要增大抗推刚度来保证抗风稳定性。可见，挠度问题决定了中塔抗推刚度的下限值，抗滑问题决定了中塔抗推刚度的上限值。因此，如何计算适宜的中塔抗推刚度，是多塔悬索桥建设的关键技术问题。

现有技术中，多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方案主要有以下两种：

一、假定中塔抗推刚度，利用有限元模型开展试算，验证是否满足挠度和抗滑要求，修正中塔抗推刚度并重复有限元计算，多次计算后最终获取中塔适宜抗推刚度区间；

二、假定中塔抗推刚度，利用简化公式试算和验证是否满足挠度和抗滑要求，修正中塔抗推刚度值，反复迭代后最终获取中塔适宜抗推刚度区间。

但现有技术在利用上述两个方案对多塔悬索桥的中间塔抗推刚度进行计算的过程中，需消耗大量的时间和精力去迭代寻找抗推刚度上下限的精确解，迭代过程繁琐复杂，计算成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法、系统及电子设备，该方法无需迭代，无需有限元建模计算，简化了中间塔抗推刚度计算过程，节省了计算成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种多塔悬索桥的中间塔抗推刚度计算方法，该方法包括以下步骤：

计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角；

利用水平夹角计算主缆的面积；

利用主缆的面积计算中间塔的抗推刚度下限值；

利用主缆与索鞍之间的抗滑系数计算中间塔的抗推刚度上限值；

将抗推刚度下限值以及抗推刚度上限值确定的中间塔的抗推刚度值区间作为中间塔的抗推刚度计算结果。

在一些实施方式中，计算多塔悬索桥中主缆的水平夹角的步骤，利用以下算式计算：

其中，α为主缆的水平夹角；x为主缆与多塔悬索桥的塔梁之间的水平距离；y为主缆与多塔悬索桥的塔梁之间的竖直距离；L为多塔悬索桥的主跨跨径。

在一些实施方式中，利用水平夹角计算主缆的面积的步骤，包括：

利用水平夹角计算主缆的内力值；其中主缆的内力值通过以下算式计算得到：

上式中，T_m为主缆的内力值；H_m为主缆的水平内力值；g_b为多塔悬索桥中主梁的自重荷载集度；g_c为多塔悬索桥中主缆的自重荷载集度；q为多塔悬索桥中的车辆均布荷载；P为多塔悬索桥中的车辆集中荷载；f为多塔悬索桥的矢量高度。