[发明专利]一种确定空间缆索桥初始平衡状态的方法及系统

说明书

本发明公开了一种确定空间缆索桥初始平衡状态的方法及系统，涉及桥梁施工技术领域，该方法包括以主塔和吊杆为分段节点，将主缆划分为多个小段，并设定相邻分段节点间的主缆小段为直线；基于主缆划分结果，对相邻分段节点间的主缆小段的空间参数进行计算，并确定各主缆小段的受力情况；根据主缆小段的受力情况和长度，计算得到各主缆小段的无应力长度。本发明无需依赖有限元程序，直接建模即可实现对悬索桥的分析，有效提升工作效率。

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种确定空间缆索桥初始平衡状态的方法及系统。

背景技术

悬索桥是一种较为古老的桥型，因其受力合理、造型美观而一直受到人们的青睐。传统的悬索桥由主缆、加劲梁、主塔、锚碇、吊索等组成柔性结体系。由于悬索桥结构受力存在较明显的非线性，在对其分析过程中，需要借助有限元分析软件中的专项功能才可以分析，悬索桥的分析计算就是要确定桥梁的平衡状态，而实时平衡状态又是最关键的一步。

当前常见的有限元软件所提供的功能都存在较大的局限性，只能分析双塔悬索桥，并且分析过程中要根据实际的桥梁构造来修正模型，从而极大地影响了对悬索桥的分析工作效率。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种确定空间缆索桥初始平衡状态的方法及系统，无需依赖有限元程序，直接建模即可实现对悬索桥的分析，有效提升工作效率。

为达到以上目的，本发明提供的一种确定空间缆索桥初始平衡状态的方法，具体包括以下步骤：

以主塔和吊杆为分段节点，将主缆划分为多个小段，并设定相邻分段节点间的主缆小段为直线；

基于主缆划分结果，对相邻分段节点间的主缆小段的空间参数进行计算，并确定各主缆小段的受力情况；

根据主缆小段的受力情况和长度，计算得到各主缆小段的无应力长度。

在上述技术方案的基础上，所述对相邻分段节点间的主缆小段的空间参数进行计算，具体步骤包括：

以桥梁的中心原原点，建立三维坐标系，得到主缆小段中两端点的坐标；

基于主缆小段两端点的坐标，得到主缆小段与水平面的夹角，以及主缆小段的水平投影线与三维坐标系X轴的夹角。

在上述技术方案的基础上，所述确定各主缆小段的受力情况，具体包括：

基于力学平衡算法，计算得到相邻两主缆小段中，其中一主缆小段在两主缆小段的共同端点处的张力，另一主缆小段在两主缆小段的共同端点处的张力；

基于力学平衡算法，计算得到相邻两主缆小段中，其中一主缆小段在自身一端点处的张力，且该端点非两主缆小段的共同端点，以及另一主缆小段在自身一端点处的张力，且该端点非两主缆小段的共同端点。

在上述技术方案的基础上，所述计算得到相邻两主缆小段中，其中一主缆小段在两主缆小段的共同端点处的张力，具体的计算方式为：

其中，表示相邻两主缆小段中，其中一主缆小段在两主缆小段的共同端点处的张力，D表示相邻两主缆小段共同端点处的吊杆拉力，β表示相邻两主缆小段共同端点处的吊杆与水平面的夹角，θ₁表示相邻两主缆小段中，其中一主缆小段与水平面的夹角，θ₂表示表示相邻两主缆小段中，其中一主缆小段的水平投影线与三维坐标系X轴的夹角，θ₁′表示相邻两主缆小段中，另一主缆小段与水平面的夹角，θ₂′表示相邻两主缆小段中，另一主缆小段的水平投影线与三维坐标系X轴的夹角。

在上述技术方案的基础上，所述计算得到相邻两主缆小段中，另一主缆小段在两主缆小段的共同端点处的张力，具体的计算方式为：