一种新型缆索支承桥梁快速精准调索方法技术

本发明专利技术涉及一种新型缆索支承桥梁快速精准调索技术，计入结构的几何非线性效应，对拉索施加一定初张力确定计算初态；在计算初态基础上设定拉索的索力增量作为主调向量，通过逐次轮换主调向量进行有限元计算，相比计算初态确定关心截面内力或位移的增量效应矩阵及边界矩阵等参量；利用数值优化理论，建立约束条件及目标优化函数求解出满足用户要求的最优索力。用本发明专利技术可快速、高效、精准地确定缆索支承桥梁目标状态的合理索力值，使中跨主梁位移精度在10mm内。该技术为缆索支撑桥梁的目标状态索力确定和施工监控索力调整等提供了一种新解决途径，本发明专利技术已用于主跨518m荆岳铁路公安长江特大斜拉桥等多座缆索支承桥梁设计监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种缆索支承桥梁任意目标状态，包括成桥状态，合理索力确定方法， 具体涉及一种新型缆索支承桥梁快速精准调索技术。
技术介绍
斜拉桥、拱桥等缆索支承桥梁均为高次超静定体系，结构几何非线性效应显著，因 拉索数量众多，造成合理索力确定及其困难。目前，尚无一种有效方法可高效精准确定缆索 支承桥梁目标状态的合理索力，大多数工程设计人员仍采用传统的人为修正索力代入有限 元软件进行多次试算的方式，简记为人工调索法，该方法缺点：效率低、精度差、且不利于超 大跨度缆索支承桥梁的设计工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种科学合理、调索精度高、速度快、适 应性好的新型缆索支承桥梁快速精准调索技术。 本专利技术的目的的实现方式为，一种新型缆索支承桥梁快速精准调索技术，具体步 骤是： 1)计入结构的几何非线性效应影响，对拉索施加由刚性支承梁法确定的初张力， 进行相应有限元计算，获取拉索的几何特征；根据需要，建立相关拉索满足指定要求的索力 关系，更新索力重新计算，将计算后状态作为计算初态； 2)按设计要求设定主梁线形，主梁线形对应状态作为计算的目标状态，根据计算 初态和目标状态计算相关主梁节点的差值向量{V}和边界差值向量{D};依据结构特征设 定各个拉索索力增量ΔΤ，即可将纵向相同及对称位置拉索的索力增量AT 1，其余拉索的索 力增量〇作为第i个主调向量{C} y依此形成各主调向量{C}; 所述差值向量{V}:结构中η个关心截面目标状态与计算初态之间的竖向位移差 值乂;组成的列向量，记为：{V} = {vi V2…Vi…νη}τ; 所述边界差值向量{D}:结构中m个关心目标调整值，其为截面内力、位移组成的 列向量，记为：{D} = W1 d2…（Ii…dm}T; 所述主调向量{C}:由k个拉索索力增量ATi组成的列向量，记为：{C} = {ΔΤ i AT2 ... AT1 ... AT1Jt; 3)在计算初态的基础上，新增一个计算阶段，将拉索全部断开，施加第i个由索力 增量组成的主调向量{C} P进行有限元计算；记录差值向量{V}和边界差值向量{D}的变化 值，形成对应的一组增量效应向量UJ和边界向量{BJ ;更新新增阶段的主调向量，逐次计 算，获得结构的增量效应矩阵和边界矩阵; 所述增量效应向量{Aj}:结构中拉索按第j个主调向量{C}/变化时，引起的差值 向量m的变化向量，记为： (AjI = {a^j a2j -^aij ··· anj}T, 所述边界向量{B,}:结构中拉索按第j个主调向量{C}/变化时，引起边界差值向 量{D}的变化向量，记为： {B.J = Od1j b2j ...1? ... bmj}T 所述增量效应矩阵:结构拉索分别按n个主调向量分别发生变化时，引起的η 个增量效应向量依次排列组成的矩阵，记为： 所述边界矩阵:结构拉索分别按η个主调向量分别发生变化时，引起的mm个 边界向量依次排列组成的矩阵，记为： 4)按步骤2)、3)确定各个参量，结合数值优化理论，建立优化函数，设置拉索索 力增量的上界IuM和下界{lb}，满足 {x}-{D}在一定范围波动，使得目标函数I I {x}-{v} 1122-范数最小，求出主调系数ω的最优解，获得拉索优化索力m ; 所述主调系数{x}:由η个独立的主调向量{Ch对应数值系数X ;组成的列向量， 记为： {x} = U1 X2 …Xi …χη}τ。 本专利技术依据缆索支承结构体系力学本身固有特点，当对拉索施加一定初张力，结 构状态变化值与索力改变值△ T接近线性关系的前提下，即可扣除结构体系的几何非线性 效应对目标状态索力确定的影响。因此给予结构中拉索一定的初张力进行有限元计算，将 此状态作为计算初态，确定用户关心截面的差值向量{V}和边界差值向量{D}。通过主调向 量{C}的逐一作用于结构，获得结构体系的增量效应矩阵和边界矩阵，结合数值优 化理论，建立优化目标函数，获得拉索优化索力{Τ}。 本专利技术与现有调索技术相比具有以下优点： 1) -般大跨度缆索支承桥梁仅需一次便可达到设计要求，可大大提高工程设计人 员调索效率； 2)可将中跨主梁位移控制在IOmm以内，调索精准； 3)施加结构一定初张力，扣除了结构的几何非线性影响，将调索转化成了利用数 值优化理论求解的线性问题，科学合理。 本专利技术对拱桥、多塔斜拉桥、三索面斜拉桥等缆索支承桥梁任意需要考虑结构几 何非线性影响的目标状态合理索力确定均可适用。【附图说明】 图1是本专利技术具体实施所阐述的荆岳铁路公安长江公铁两用特大斜拉桥立面图； 图2是采用本专利技术所述调索技术确定的公安长江公铁两用特大斜拉桥合理索力 与计算初态索力的对比图； 图3是采用本专利技术调索技术获得主梁线形与理论线形的对比图，只列出半跨主梁 线形； 图4为公安长江公铁两用特大斜拉桥主塔的纵向位移图。【具体实施方式】 本专利技术的具体步骤如下： 1)依据缆索支承结构体系力学本身固有特点，结构状态变化值与索力改变值Δ T 接近线性关系的前提下，即可扣除结构体系的几何非线性效应对目标状态索力确定的影 响。因此对拉索施加一定的初张力，进行相应有限元计算，获取拉索的几何特征；根据需要， 建立相关拉索满足指定要求的索力关系，更新索力重新计算，将计算后状态作为计算初态。 此步骤区别于传统调索方法主要是施加拉索一定初张力，可扣除结构的几何非线 性效应对拉索索力优化的影响。 所述结构的计算初态的确定方式执行以下步骤： ①计入结构的几何非线性效应，首先通过现有调索技术初步确定斜拉桥中跨拉索 索力{T M}，根据边、中跨拉索在主塔处的几何角度，以塔直为目标对象，换算出对应边跨拉 索索力{TQS( }，将索力代入结构中进行有限元计算； ②根据步骤①计算结果获得边、中跨拉索在塔处的切线角度，更新步骤①建立边、 中跨索力关系式的角度值，得出边跨拉索索力ITJ，重新进行有限元计算，此状态便为结构 的计算初态，该状态下拉索索力为{T。}。 2)按设计要求设定主梁线形，主梁线形对应状态作为计算的目标状态，根据计算 初态和目标状态计算相关主梁节点的差值向量{V}和边界差值向量{D};依据结构特征设 定各个拉索索力增量ΔΤ，即可将纵向相同及对称位置拉索的索力增量AT 1，其余拉索的索 力增量〇作为第i个主调向量{C} y依此形成各主调向量{C}。 所述差值向量{V}:结构中η个关心截面目标状态与计算初态之间的竖向位移差 值乂;组成的列向量，记为：{V} = Iv1 V2…Vi…νη}τ。 所述边界差值向量{D}:结构中m个关心目标调整值，其为截面内力、位移组成的 列向量，记为：{D} = W1 d2…（Ii…dm}T。 所述主调向量{C}:由k个拉索索力增量ATi组成的列向量，记为：{C} = {ΔΤ i AT2 ... AT1 ... AT1Jt0 差值向量{V}和边界差值向量{D}确定方法为：差值向量{V}为中跨主梁关心截 面处的竖向位移由计算初态达到目标状态所增加或减少的数值；边界差值向量{D}为所关 心结构某部位内力或者位移由计算初态达到目标状态所增加或减少的数值。 3)在计算初态的基础上，新增一个计算阶段，将拉索全部断开，施加第i个索力增 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型缆索支承桥梁快速精准调索技术，其特征在于具体步骤是：1)计入结构的几何非线性效应影响，对拉索施加由刚性支承梁法确定的初张力，进行相应有限元计算，获取拉索的几何特征；根据需要，建立相关拉索满足指定要求的索力关系，更新索力重新计算，将计算后状态作为计算初态；2)按设计要求设定主梁线形，主梁线形对应状态作为计算的目标状态，根据计算初态和目标状态计算相关主梁节点的差值向量{V}和边界差值向量{D}；依据结构特征设定各个拉索索力增量ΔT，即可将纵向相同及对称位置拉索的索力增量ΔTi，其余拉索的索力增量0作为第i个主调向量{C}i，依此形成各主调向量{C}；所述差值向量{V}：结构中n个关心截面目标状态与计算初态之间的竖向位移差值vi组成的列向量，记为：{V}＝{v1 v2 …vi … vn}T；所述边界差值向量{D}：结构中m个关心目标调整值，其为截面内力、位移组成的列向量，记为：{D}＝{d1 d2 … di … dm}T；所述主调向量{C}：由k个拉索索力增量ΔTi组成的列向量，记为：{C}＝{ΔT1 ΔT2 … ΔTi … ΔTk}T；3)在计算初态的基础上，新增一个计算阶段，将拉索全部断开，施加第i个由索力增量组成的主调向量{C}i，进行有限元计算；记录差值向量{V}和边界差值向量{D}的变化值，形成对应的一组增量效应向量{Ai}和边界向量{Bi}；更新新增阶段的主调向量，逐次计算，获得结构的增量效应矩阵[A]和边界矩阵[B]；所述增量效应向量{Aj}：结构中拉索按第j个主调向量{C}j变化时，引起的差值向量{V}的变化向量，记为：{Aj}＝{a1j a2j …aij … anj}T，所述边界向量{Bj}：结构中拉索按第j个主调向量{C}j变化时，引起边界差值向量{D}的变化向量，记为：{Bj}＝{b1j b2j … bij … bmj}T所述增量效应矩阵[A]：结构拉索分别按n个主调向量分别发生变化时，引起的n个增量效应向量依次排列组成的矩阵，记为：[A]=a11a12...a1na21a22...a2n............an1an2...ann,]]>所述边界矩阵[B]：结构拉索分别按n个主调向量分别发生变化时，引起的mm个边界向量依次排列组成的矩阵，记为：[B]=b11b12...b1nb21b22...b2n............bm1bm2...bmn;]]>4)按步骤2)、3)确定各个参量，结合数值优化理论，建立优化函数，设置拉索索力增量的上界{ub}和下界{lb}，满足[B]{x}‑{D}在一定范围波动，使得目标函数||[A]{x}‑{V}||22‑范数最小，求出主调系数{x}的最优解，获得拉索优化索力{T}；所述主调系数{x}：由n个独立的主调向量{C}i对应数值系数xi组成的列向量，记为：{x}＝{x1 x2 … xi … xn}T。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苑仁安，秦顺全，郑清刚，高宗余，肖海珠，马润平，朱运河，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42