[发明专利]一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法

权利要求书

1.一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)根据成桥状态计算关键节点对应的累积主缆无应力长度、全桥主缆无应力长度；

步骤2)确定空缆缆形计算的边界条件；

步骤3)设定空缆缆形迭代初始垂度为D_sag；

步骤4)初始折线化空缆缆形，利用平衡方程组求解悬索桥各支点的支反力，利用节点力矩为0的平衡原理自适应迭代求解空缆缆形各节点坐标，其中，所述节点包括关键节点和为保证精度增设的加密节点；

步骤5)求解对应于垂度D_sag的空缆状态下的全桥主缆无应力长度以及各节点的累积主缆无应力长度；

步骤6)判断成桥状态全桥主缆无应力长度与空缆状态下的全桥主缆无应力长度的误差值是否小于预配置的阈值，若是则执行步骤7)，否则，对垂度D_sag进行调整并重复步骤4)-步骤6)；

步骤7)确定节点坐标与节点对应的累积主缆无应力长度之间的关系并绘图；

步骤8)将成桥状态下索鞍点对应的累积主缆无应力长度带入步骤7)所述的关系以及相应图像中，求得索鞍点在空缆状态下对应的X坐标，所述空缆状态下索鞍点的X坐标与成桥状态下索鞍点的X坐标之差即为索鞍预偏量；

步骤9)判断索鞍预偏量与上一次计算得到的索鞍预偏量的误差是否小于预配置的阈值，若是则执行步骤10)，否则，根据当次迭代计算得到的索鞍预偏量对下次迭代的索鞍预偏量进行调整，并重复步骤2)-步骤9)；

步骤10)输出求解得到的空缆缆形和索鞍预偏量。

2.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述求解方法包括四个基本假定：

主缆成桥设计状态已知；

主缆是理想柔性的，不承受弯矩，采用只收拉的杆单元模拟；

主缆材料符合胡克定律，在正常使用范围内，应力与应变呈线性关系；

计算主缆横截面积在外荷载作用下的变化量时，抗拉刚度假定不变。

3.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述关键节点包括悬索桥的主缆的锚固点、主索鞍点以及主缆的索夹安装点，所述支点包括主缆的锚固点和主索鞍点。

4.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述空缆缆形的边界条件包括主缆锚固点的坐标和索鞍点的坐标。

5.根据权利要求4所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述主缆锚固点的坐标根据悬索桥锚固形式确定，对于地锚式悬索桥，锚固点的坐标取成桥坐标的设计值；对于自锚式悬索桥，主梁的压缩变形为弹性变形，采用有限元法计算主梁的形变量Δ_beam对坐标进行修正。

6.根据权利要求4所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述索鞍点的坐标在初次迭代计算时取成桥设计坐标。

7.根据权利要求1所述的一种悬索桥空缆缆形与索鞍预偏量的联合求解方法，其特征在于，所述平衡方程组采用笛卡尔坐标系下的平衡关系表达：

∑F_X＝0

∑F_Y＝0

∑M_qm＝0

∑M_half＝0

∑M_Q＝0

其中，F_X表示水平向的力，F_Y表示竖直向的力，M_qm表示全桥的弯矩，M_Q表示对Q的弯矩，∑M_half＝0表示根据悬索桥的结构对其进行结构拆分后所列的相应结构的N个平衡方程，N为悬索桥的桥塔数量，M_half表示对各个半结构的某点弯矩。