[发明专利]一种确定悬索桥主缆线形的方法

说明书

本发明公开了一种确定悬索桥主缆线形的方法，包括以下步骤：首先用水平和竖向弹簧代替桥塔，其次循环调整主跨和左右两边跨的三跨桥‑弹簧模型，然后循环调整左右两个锚跨，并整合包含主跨、左右边跨、左右锚跨的五跨桥‑弹簧模型，再建立有初始内力的桥塔模型，接着整合全桥模型，最后拆除部件退回空缆状态。本发明考虑锚跨、桥塔压缩、主索鞍偏移、散索鞍转动等影响因素，可便捷地实现成桥状态及空缆状态下精确确定悬索桥主缆线形。

技术领域

本发明属于桥梁设计领域，特别涉及一种确定悬索桥主缆线形的方法。

背景技术

在当前桥梁设计和建设中，悬索桥是一种受到广泛欢迎的桥型。因为它能够跨越很大的跨度，并且具有结构轻盈、造型美观的优点，所以备受工程师们的青睐。近年来，世界范围内大跨度悬索桥的设计和建造规模越来越大，我国也十分热衷于修建大跨度的悬索桥，世界十大跨度悬索桥中有半数以上位于中国，例如2019年10月开通的武汉杨泗港长江大桥，该桥跨径布置为465m+1700m+465m，现在是中国第一大跨径悬索桥。目前建设中的南京仙新路过江通道跨长江悬索桥主跨为1760m，建成后将再次刷新我国的悬索桥跨径纪录。

然而，主缆找形问题一直以来都是工程界和学术界的焦点。在悬索桥的施工过程中，要求精确控制主缆的架设线形，这就要根据设计阶段中精确的成桥线形，反算出施工中的各项控制参数。直至目前，主缆找形的方法主要有解析法、有限元法、解析法与有限元法的迭代算法。解析法的计算思路明确，多使用分段抛物线理论或分段悬链线理论，先计算出成桥状态的主缆线形，然后根据无应力索长相等的原则计算出施工阶段的主缆线形。解析法以已知的吊杆力为前提，然而在获取吊杆力时通常采用近似求解的方法，其结果往往是不够精确的。有限元法基于有限位移理论，通过结构的非线性迭代计算，不断更新节点位置和单元内力，进而确定主缆线形。目前已有的有限元方法大多没有考虑锚跨的影响，也没有考虑桥塔压缩、主索鞍偏移、散索鞍转动等因素，使得计算结果不够精确，与工程实际产生偏离。解析法与有限元法的迭代算法先根据初始吊杆力，通过解析法计算主缆线形，再使用有限元软件，考虑主缆-吊杆-加劲梁的相互作用，获取更为精确的吊杆力，循环迭代实现主缆的精确找形，虽然精度较之解析法有所提高，但计算过程复杂。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供一种考虑锚跨、桥塔压缩、主索鞍偏移、散索鞍转动等影响因素，可便捷地实现成桥状态及空缆状态下精确确定悬索桥主缆线形的方法。

技术方案：本发明提出一种确定悬索桥主缆线形的方法，包括如下步骤：

(1)用弹簧代替桥塔：用水平和竖向弹簧代替桥塔，令水平弹簧和竖向弹簧的刚度分别和桥塔的侧弯刚度和压缩刚度相等；

(2)循环调整三跨桥-弹簧模型：循环调整主跨和左右两边跨的三跨桥-弹簧模型，具体的调整主缆跨中高程和调整左塔IP点横坐标、调整右塔IP点横坐标、调整两塔IP点纵坐标和调整上吊点横坐标；令主缆跨中高程、左右桥塔IP点的横纵坐标、所有上吊点的横坐标和所有下吊点的横纵坐标都满足精度要求；

(3)循环调整左右两个锚跨：循环调整左右两个锚跨，令在受力后散索点在计算中不发生移动，并且散索鞍的倾角和第一边跨单元的应变保持不变；

(4)整合五跨桥-弹簧模型：整合包含主跨、左右边跨、左右锚跨的五跨桥-弹簧模型，在重力荷载下计算一次，验证整合后模型处于平衡态；

(5)建立有初始内力的桥塔模型：建立有初始内力的桥塔模型，令桥塔在受到与竖向弹簧内力等大的竖向压力时，桥塔不产生新的压缩变形；

(6)整合全桥模型：整合全桥模型，在重力荷载下计算一次，验证整合后全桥模型处于平衡态，并获取成桥状态的主缆线形；

(7)拆除部件退回空缆状态：拆除部件退回空缆状态，并获取空缆状态的主缆线形和主索鞍预偏量、散索鞍预偏角、索夹安装位置等施工关键参数。