[发明专利]一种管道悬索跨越结构抗风体系的设计方法

说明书

本发明涉及一种管道悬索跨越结构抗风体系设计方法，包括：步骤1，拟定水平抗风索和共轭索的曲线要素；步骤2，建立有限元模型并其振动特性；步骤3，初步拟定水平抗风索和共轭索型号；步骤4，确定水平抗风索和共轭索的预张力；步骤5，组装管道悬索跨越结构抗风体系的缩尺模型并进行风洞试验，验证极限状态下缩尺模型的抗风安全性能；步骤6，计算最终主索、水平抗风索和共轭索的索力，并设计符合要求的主索锚固墩、共轭索锚固墩和风索锚固墩。本发明实现了管道悬索跨越结构抵抗水平风荷载和风荷载升力以及提高结构侧向和竖向刚度的目的，为峡谷地形条件下解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。

技术领域

本发明涉及一种管道悬索跨越结构抗风体系设计方法，属于油气管道跨越工程设计领域。

背景技术

管道悬索跨越工程是油气长输管道跨越河流最常用的方式之一，悬索跨越结构具有跨越能力强、结构刚度小、阻尼低等特点，对风荷载极为敏感，尤其在峡谷河流地区，受到峡谷风的影响，结构风振安全是管道跨越工程最为关注的方面之一。以往工程设计中，一般采用与水平面夹角较大的抗风索系统或者采用刚度较大的桥面结构，但受峡谷地形影响，常规的抗风索布置难度极大，且受抗风索安装的限制，不能提供足够的侧向和竖向刚度，同时刚度较大的桥面结构带来的工程费用较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种管道悬索跨越结构抗风体系设计方法，通过设置合理的水平抗风索系(0.3°～1.5°)和共轭索系，实现大跨度管道悬索跨越结构的抗风安全。本发明为峡谷地形条件下，解决管道跨越结构抗风安全问题提供了一种新的方式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

管道悬索跨越结构抗风体系包括：

两条主索，每条主索分别穿过两个管道悬索跨越桥塔的顶端且在竖直方向均呈抛物线型设置，所述两条主索的下方通过若干根平行布置的主索吊索吊有管道悬索跨越桥面；

两条水平抗风索，在水平方向均呈抛物线型设置，并与所述管道悬索跨越桥面在水平方向上平齐，且分别设置在所述管道悬索跨越桥面的两侧；所述两条水平抗风索分别通过若干根平行布置的风拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；

共轭索，在竖直方向呈反向抛物线型设置，且设置在所述管道悬索跨越桥面的底部；所述共轭索通过若干根平行布置的共轭索拉索与所述管道悬索跨越桥面连接；

基于上述管道悬索跨越结构抗风体系，所述管道悬索跨越结构抗风体系的设计方法包括以下步骤：

步骤1，根据管道悬索跨越结构所处地形条件，拟定水平抗风索和共轭索的曲线要素；

步骤2，建立所述管道悬索跨越结构的有限元模型并计算所述管道悬索跨越结构的振动特性；

步骤3，根据管道悬索跨越结构所处地区计算风速并初步拟定水平抗风索型号；根据管道悬索跨越结构的竖向刚度要求初步拟定共轭索型号；

步骤4，根据所述管道悬索跨越结构的振动特性和管道悬索跨越结构刚度要求确定水平抗风索和共轭索的预张力；

步骤5，组装管道悬索跨越结构抗风体系的缩尺模型并进行缩尺模型全桥风洞试验，验证极限状态下所述缩尺模型的抗风安全性能；如不能满足抗风安全要求，调整水平抗风索曲线和共轭索曲线，重复步骤1～步骤5；如满足抗风安全要求，则进行步骤6；

步骤6，根据最终的水平抗风索和共轭索计算主索、水平抗风索和共轭索的索力，并设计抗滑稳定安全系数和抗倾覆稳定安全系数均符合要求的主索锚固墩、共轭索锚固墩和风索锚固墩，从而完成管道悬索跨越结构抗风体系的设计。

进一步的，步骤1中，所述水平抗风索和共轭索的抛物线表达式均为：