[发明专利]一种悬索桥吊杆力和主缆线形联合计算方法

说明书

本发明公开了一种悬索桥吊杆力和主缆线形联合计算方法，该方法包括以下步骤：(1)以悬索桥中跨左切点和各个吊点为坐标原点建立坐标系，表示各段主缆的悬链线；(2)假定一组吊杆力，即为每个所述吊杆力赋予一个初值；(3)利用解析法计算中跨主缆的成桥线形和内力；(4)根据步骤(3)计算的数值建立所述悬索桥有限元模型，计算吊杆力，用欧几里得范数检验与所述吊杆力假定值的误差，若所述误差超过限值，带着新算的吊杆力返回步骤(2)，否则得到所述悬索桥的中跨主缆线形和精确的吊杆力；(5)利用所述中跨主缆内力的水平分量作为已知条件计算边跨主缆线形。该发明可以获得悬索桥精确的吊杆力及相应的主缆成桥线形，其中主缆成桥线形中包含了切点的精确位置。

技术领域

本发明涉及一种悬索桥设计和施工控制计算方法，具体涉及一种悬索桥吊杆力和主缆成桥线形联合计算方法。

背景技术

悬索桥的跨越能力在常见桥型中独占鳌头。随着桥梁设计和施工水平的不断提高，悬索桥跨度记录不断被刷新，如已建成的日本明石海峡大桥(主跨1991m)和中国西堠门大桥(主跨1665m)，以及正在施工的意大利墨西拿海峡大桥(主跨3300m)和中国的杨泗港长江大桥(主跨1700m)。

悬索桥与斜拉桥不同，不能通过施工阶段的跟踪调整来实现设计线形，它的主缆线形必须通过可靠的计算参数，采用精确的计算方法计算出设计线形，同时通过严格的施工控制保证最终的成桥线形与设计线形相符。成桥状态主缆的设计线形和吊杆力是计算施工控制参数的先决条件。

悬索桥的吊杆力在成桥状态是不均匀的，尤其是桥塔附近的几根吊杆，不能简单地用恒载集度按照吊杆间距直接分配给各吊杆，也不能用多点刚性支撑连续梁的支反力代替吊杆力。吊杆力的求解精度直接影响到主缆成桥线形、空缆线形、主缆无应力长度和吊杆无应力长度。如果把加劲梁比拟成一个多点弹性支撑连续梁，支撑反力(即吊杆力)取决于多点支撑刚度的比例关系。每个点的支撑刚度取决于吊杆的刚度和主缆对该点竖向支撑刚度的贡献。对于悬索桥成桥状态来说，一般在设计时只知道全桥各跨跨径、主缆矢高、主缆跨中标高、各索鞍理论交点坐标、吊杆间距以及加劲梁线形等。而主缆各吊点的标高是未知的，因此无法确定吊杆长度。在主缆线形和吊杆长度都未确定的情况下，加劲梁的多点弹性支撑刚度是未知的。因此，悬索桥吊杆力和主缆线形之间需要迭代求解。

有限元法和解析法是目前悬索桥线形和内力计算的常用方法，两者各有优缺点。利用有限元法计算吊杆力是方便的，但是鞍座的模拟是困难的，无论采用多个刚性的杆件还是用将鞍座和索融为一体的鞍座-索单元都不能让主缆与鞍座的切点随着主缆的受力情况而不断改变。解析法计算过程明了，可以方便地处理主缆与索鞍的切点问题，但是不便于计算吊杆力。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种悬索桥吊杆力和主缆成桥线形联合计算方法，该方法可以精确计算悬索桥吊杆力和主缆成桥线形。

技术方案：本发明所述的悬索桥吊杆力和主缆成桥线形联合计算方法，该方法包括以下步骤：

(1)以悬索桥中跨左切点和各个吊点为坐标原点建立坐标系，表示各段主缆的悬链线；

(2)假定一组吊杆力，即为每个所述吊杆力赋予一个初值；

(3)利用解析法计算中跨主缆的成桥线形和内力；

(4)根据步骤(3)计算的数值建立所述悬索桥有限元模型，计算吊杆力，用欧几里得范数检验与所述吊杆力假定值的误差，若所述误差超过限值，将新计算的吊杆力返回步骤(2)迭代计算，否则，计算结束，得到所述悬索桥的中跨主缆线形和精确的吊杆力；

(5)利用所述中跨主缆内力的水平分量作为已知条件计算边跨主缆线形。

优选的，步骤(1)中，所述坐标系以x轴水平向右，y轴竖直向下，任一段所述主缆的悬链线方程可表达为：