[发明专利]一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法

说明书

本发明公开了一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，该方法包括以下步骤：首先确定用于表述空缆线形的未知数；然后根据各跨高差和跨径闭合、无应力长度守恒、以及散索鞍力矩的平衡等条件来建立方程；接着，将方程中的非未知量参数表达成未知量的函数，并代入到方程组中；再利用规划求解方法求解方程组，一次性获得未知量的值，最后运用得到的值调整并确定主缆和索鞍的初始安装位置并完成安装。通过本发明方法可以精确地确定悬索桥空缆线形参数(主缆水平力、悬链线方程参数、主索鞍预偏量和散索鞍预偏角等)。方法使用方便，结果精确可靠，可用于悬索桥施工控制，指导施工。

技术领域

本发明属于桥梁施工监控领域，特别涉及一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法。

背景技术

悬索桥由主缆、吊杆、桥塔、锚碇、主索鞍、散索鞍和索夹等构成。悬索桥结构设计、施工计算的最终目的是高精度地达到设计所要求的成桥状态。首先由设计参数和外荷载确定出成桥主缆的理论线形，它为施工计算提供数据源。主缆一经架设完成很难进行后期线形调整，因此精准的空缆线形和主/散索鞍预偏量是实现悬索桥成桥设计线形的关键因素。这些参数的精确计算需考虑主索鞍和散索鞍圆弧的影响，以及塔顶标高预抬高的影响。

索鞍的作用是使主缆沿一定的曲线转向，因而直接约束着主缆的变形，在任何情况下主缆均应与鞍座相切。主索鞍一般只有一段圆弧，而散索鞍有多段不等半径的圆弧，给边跨和锚跨的线形计算造成一些麻烦。

主索鞍和散索鞍在安装时均有预偏量。在成桥状态，主索鞍两侧的主缆水平分力相同，散索鞍两侧主缆轴向拉力对转动点力矩平衡。但是各跨作用在主缆上的外荷载并不相等，例如主跨较长，荷载较重，而边跨荷载较轻，甚至没有吊索荷载。在空缆状态这些外荷载还没有施加，这种状态的主缆内力相当于成桥状态的主缆内力减去了外荷载所产生的主缆内力，当然主跨减小得多，边跨减小得少，如果索鞍保持为成桥状态的位置，势必产生强大的不平衡力。这种不平衡力将导致桥塔偏位和主缆索股在索鞍内的滑移危险。为了消除这种不平衡力，需要偏移主索鞍和偏转散索鞍，通过跨度的改变引起跨中垂度的显著改变，从而改变主缆的内力，让相邻两跨主缆在索鞍处保持一定的平衡关系。这种偏移量或偏转量就是索鞍的预偏量。

裸塔顶标高大于成桥状态塔顶标高，高出的部分称为预抬高。在成桥状态，主缆对桥塔施加一个巨大的向下作用力，使得桥塔产生一个压缩量。如果将该压缩量设置为裸塔塔顶预抬高，在成桥状态桥塔顶部标高可达到设计值。

为了精确计算悬索桥的空缆线形和主/散索鞍预偏量，需要发明一种计算方法。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供一种可以精确地确定悬索桥空缆线形参数，使用方便，结果精确可靠的悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法。

与成桥主缆线形计算不同，空缆线形和索鞍预偏量的计算需各跨联立进行，因为任一跨的线形和参数受到相邻跨的影响。利用分跨点的几何相容条件、力学平衡条件和边界几何约束条件建立耦合方程组，并设法将方程组中的参数表达成未知数的函数，最后利用非线性规划求解法求出未知数。

技术方案：本发明提出一种悬索桥空缆安装线形和索鞍初始安装位置的确定方法，包括如下步骤：

(1)确定用于表述悬索桥空缆线形的未知数，未知数共有17个，包括：

各跨主缆水平力：H′_a,L,H′_s,L,H′_m,H′_s,R,H′_a,R；H’_s,L＝H’_m＝H’_s,R，可看作一个未知量；

各跨主缆悬链线方程参数：a′_a,L,a′_s,L,a′_m,a′_s,R,a′_a,R；