斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法及装置与流程

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法及装置。


背景技术：

2.悬索桥中主缆的矢跨比的定义为矢高与跨度的比值。斜拉-悬索协作体系桥主跨通常由靠近主塔的斜拉段、跨中的纯悬吊段和斜拉-悬吊交叉段组成。斜拉段主缆上无吊索，纯悬吊段和交叉段均有吊索，但吊索荷载集度不同。由于斜拉段主缆无吊索，使得对于斜拉-悬索协作体系桥产生了两种矢跨比定义方式：一种是整个主跨内的主缆矢高与跨度的比值，可称为主跨矢跨比，另一种是吊索范围内的主缆矢高与跨度的比值，可称为吊跨矢跨比。主跨矢跨比用于确定主缆理论顶点的高程，进而才能确定主塔高度和斜拉索的具体布置，吊跨矢跨比可用于判断主缆布置是否合适。
3.为了获取两种矢跨比，相关技术中，先建立有限元模型进行主缆找形迭代计算，确定各主缆上个分点坐标后再选取端吊索和主缆跨中的分点坐标进行差值计算另一个矢跨比，计算过程比较繁琐，且往往在对其中一个矢跨比进行调整时，需要反复建模计算进行调整，耗时费力。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法及装置，可在知道主跨和吊跨的任一矢跨比后快速确定另一个，提高计算效率。
5.本发明实施例提供了一种斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法，其特征在于，其包括步骤：
6.根据抛物线原理将主缆分段并确定每段主缆曲线的曲线方程；
7.由所述每段主缆曲线的曲线方程结合主缆水平分力确定吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系；
8.基于所述索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系确定吊跨矢跨比与主跨主缆矢跨比之间的换算关系。
9.一些实施例中，所述根据抛物线原理将主缆分段并确定每段主缆曲线的曲线方程，包括步骤：
10.将两塔顶主缆理论交点连线的中点作为原点o建立坐标系xy，且x轴沿纵桥向设置，y轴沿竖桥向设置；
11.将主缆按照主梁纯悬吊段、交叉段以及斜拉段分为五段且依次为左空缆段、左交叉段、纯悬吊段、右交叉段以及右空缆段；
12.根据第一公式确定所述每段主缆曲线的曲线方程，所述第一公式包括：
13.[0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]
其中，y0(x)为纯悬吊段的曲线方程，y
′0(x)为y0(x)的一阶导数，y1(x)表示所述右交叉段的主缆曲线方程，y
′1(x)为y1(x)的一阶导数，y2(x)表示所述右空缆段的主缆曲线方程，y
′2(x)为y2(x)的一阶导数，y3(x)表示所述左交叉段的主缆曲线方程，y4(x)表示所述左空缆段的主缆曲线方程，c为两侧主塔处主缆端点高差，l为斜拉悬索协作体系桥主跨跨度，l
xd
为纯悬吊段水平长度，l
jc
为交叉段水平长度，l
xl
为主梁斜拉段和主缆空缆段的水平长度，a0、a1、a2均为中间系数，q0为纯悬吊段内主缆荷载集度、q1为交叉段内主缆荷载集度、q2为斜拉段内主缆自身荷载集度，hq为主缆水平分力。
[0024]
一些实施例中，所述由所述每段主缆曲线的曲线方程结合主缆水平分力确定吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系，包括步骤：根据第二公式确定所述吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系，所述第二公式为：
[0025][0026]
其中，f0为吊索区段内主缆矢高，f为整个主跨内主缆矢高。
[0027]
一些实施例中，所述基于所述索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系确定吊跨矢跨比与主跨主缆矢跨比之间的换算关系，包括步骤：
[0028]
根据第三公式确定所述换算关系，所述第三公式为：
[0029][0030]
其中，n0为吊跨矢跨比，n为主跨矢跨比。
[0031]
第二方面，本发明实施例提供了一种斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算装置，其特征在于，其包括：
[0032]
曲线方程确定模块，其用于根据抛物线原理将主缆分段并确定每段主缆曲线的曲线方程；
[0033]
矢高比确定模块，其用于由所述每段主缆曲线的曲线方程结合主缆水平分力确定吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系；
[0034]
换算关系确定模块，其用于基于所述索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系确定吊跨矢跨比与主跨主缆矢跨比之间的换算关系。
[0035]
一些实施例中，所述曲线方程确定模块，还用于：
[0036]
将两塔顶主缆理论交点连线的中点作为原点o建立坐标系xy，且x轴沿纵桥向设置，y轴沿竖桥向设置；
[0037]
将主缆按照纯悬吊段、交叉段以及斜拉段分为五段且依次为左斜拉段、左交叉段、纯悬吊段、右交叉段以及右斜拉段；
[0038]
根据第一公式确定所述每段主缆曲线的曲线方程，所述第一公式包括：
[0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049]
其中，y0(x)为纯悬吊段的曲线方程，y
′0(x)为y0(x)的一阶导数，y1(x)表示所述右交叉段的主缆曲线方程，y
′1(x)为y1(x)的一阶导数，y2(x)表示所述右空缆段的主缆曲线方程，y
′2(x)为y2(x)的一阶导数，y3(x)表示所述左交叉段的主缆曲线方程，y4(x)表示所述左空缆段的主缆曲线方程，c为两侧主塔处主缆端点高差，l为斜拉悬索协作体系桥主跨跨度，l
xd
为纯悬吊段水平长度，l
jc
为交叉段水平长度，l
xl
为主梁斜拉段和主缆空缆段的水平长度，a0、a1、a2均为中间系数，q0为纯悬吊段内主缆荷载集度、q1为交叉段内主缆荷载集度、q2为斜拉段内主缆自身荷载集度，hq为主缆水平分力。
[0050]
一些实施例中，所述矢高比确定模块，还用于：
[0051]
根据第二公式确定所述吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系，所述第二公式为：
[0052][0053]
其中，f0为吊索区段内主缆矢高，f为整个主跨内主缆矢高。
[0054]
一些实施例中，所述换算关系确定模块，还用于：
[0055]
根据第三公式确定所述换算关系，所述第三公式为：
[0056][0057]
其中，n0为吊跨矢跨比，n为主跨矢跨比。
[0058]
第三方面，本发明实施例还提供一种设备，其特征在于，所述设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器耦合的存储器，所述存储器包含有存储于其中的指令，所述指令在被所述处理器加载并执行，以实现如前述方法实施例中任一项所述的方法。
[0059]
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4中所述换算方法的步骤。
[0060]
本发明实施例提供了斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法及装置，其有益效果包括：
[0061]
根据提出的主跨矢跨比和吊跨矢跨比换算关系式可在知道其一的情况下快速确定另一个，避免了常用方法中一般先建立有限元模型进行主缆找形迭代计算，确定各主缆上个分点坐标后再选取端吊索和主缆跨中的分点坐标进行差值计算另一个矢跨比，节约了时间，提高了效率。此外，通过给定主跨矢跨比，可根据换算出的吊跨矢跨比是否在常用悬索桥矢跨比范围内的情况及时对主跨矢跨比进行调整，避免了建模计算反复调整的麻烦。同时还可通过先指定吊跨矢跨比，快速确定主跨矢跨比，从而可确定主缆两侧主塔上理论交点位置，方能明确主塔和斜拉索的布置。
附图说明
[0062]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0063]
图1为本发明实施例提供的斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法的流程示意图；
[0064]
图2为本发明实施例提供的斜拉悬索协作体系桥结构分段示意图；
[0065]
图3为本发明实施例提供的主缆计算图式；
[0066]
图4为本发明实施例提供的斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算装置的结构框图；
[0067]
附图说明：1、主缆；2、吊索；3、主梁；4、斜拉索；5、主塔。
具体实施方式
[0068]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0069]
如图1所示，本发明实施例提供了斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算方法，其包括步骤：
[0070]
s100:根据抛物线原理将主缆分段并确定每段主缆曲线的曲线方程；
[0071]
s200:由所述每段主缆曲线的曲线方程结合主缆水平分力确定吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系；
[0072]
s300:基于所述索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系确定吊跨矢跨比与主跨主缆矢跨比之间的换算关系。
[0073]
可以理解的是，本发明实施例可根据主跨矢跨比和吊跨矢跨比换算关系式在知道其一的情况下快速确定另一个，避免了常用方法中一般先建立有限元模型进行主缆找形迭代计算，确定各主缆上个分点坐标后再选取端吊索和主缆跨中的分点坐标进行差值计算另一个矢跨比，节约了时间，提高了效率。此外，通过给定主跨矢跨比，可根据换算出的吊跨矢跨比是否在常用悬索桥矢跨比范围内的情况及时对主跨矢跨比进行调整，避免了建模计算反复调整的麻烦。同时还可通过先指定吊跨矢跨比，快速确定主跨矢跨比，从而可确定主缆两侧主塔上理论交点位置，方能明确主塔和斜拉索的布置。
[0074]
参见图2和图3所示，一些实施例中，s100包括步骤：
[0075]
s110:将两塔顶主缆理论交点连线的中点作为原点o建立坐标系xy，且x轴沿纵桥向设置，y轴沿竖桥向设置；
[0076]
s120:将主缆按照主梁纯悬吊段、交叉段以及斜拉段分为五段且依次为左空缆段、左交叉段、纯悬吊段、右交叉段以及右空缆段；
[0077]
s130:根据第一公式确定所述每段主缆曲线的曲线方程，所述第一公式包括：
[0078][0079][0080][0081][0082][0083][0084]
[0085][0086][0087][0088]
其中，y0(x)为纯悬吊段的曲线方程，y
′0(x)为y0(x)的一阶导数，y1(x)表示所述右交叉段的主缆曲线方程，y
′1(x)为y1(x)的一阶导数，y2(x)表示所述右空缆段的主缆曲线方程，y
′2(x)为y2(x)的一阶导数，y3(x)表示所述左交叉段的主缆曲线方程，y4(x)表示所述左空缆段的主缆曲线方程，c为两侧主塔处主缆端点高差，l为斜拉悬索协作体系桥主跨跨度，l
xd
为纯悬吊段水平长度，l
jc
为交叉段水平长度，l
xl
为主梁斜拉段和主缆空缆段的水平长度，a0、a1、a2均为中间系数，q0为纯悬吊段内主缆荷载集度、q1为交叉段内主缆荷载集度、q2为斜拉段内主缆自身荷载集度，hq为主缆水平分力。
[0089]
一些实施例中，s200中可根据第二公式确定所述吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系，且第二公式为：
[0090][0091]
其中，f0为吊索区段内主缆矢高，f为整个主跨内主缆矢高。
[0092]
需要说明的是，首先可根据第一公式确定的曲线方程获取吊索区段内主缆矢高f0的表达式：
[0093][0094]
再将hq代入后得到对应关系：
[0095][0096]
一些实施例中，s300中可根据第三公式确定所述换算关系，且第三公式为：
[0097][0098]
其中，n0为吊跨矢跨比，n为主跨矢跨比。
[0099]
在一个具体的实施例中，经测量获取了l＝1488m、c＝0m、l
xd
＝452m、l
jc
＝112m、l
xl
＝406m，q0＝332kn/m、q1＝184.5kn/m、q2＝37kn/m，主跨矢跨比n＝1/6.5，即矢高f＝nl＝228.923m。按提出的换算公式计算吊跨矢跨比为n0＝1/9.81，通过有限元软件找形迭代后得到吊跨矢跨比为n0＝1/9.86，两者差0.5％，可见计算精度比较高。
[0100]
如图4所示，本发明实施例还提供一种斜拉悬索协作体系桥主跨和吊跨矢跨比换算装置，其特征在于，其包括：
[0101]
曲线方程确定模块，其用于根据抛物线原理将主缆分段并确定每段主缆曲线的曲线方程；
[0102]
矢高比确定模块，其用于由所述每段主缆曲线的曲线方程结合主缆水平分力确定
吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系；
[0103]
换算关系确定模块，其用于基于所述索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系确定吊跨矢跨比与主跨主缆矢跨比之间的换算关系。
[0104]
一些实施例中，曲线方程确定模块，还用于：
[0105]
将两塔顶主缆理论交点连线的中点作为原点o建立坐标系xy，且x轴沿纵桥向设置，y轴沿竖桥向设置；
[0106]
将主缆按照纯悬吊段、交叉段以及斜拉段分为五段且依次为左斜拉段、左交叉段、纯悬吊段、右交叉段以及右斜拉段；
[0107]
根据第一公式确定所述每段主缆曲线的曲线方程，所述第一公式包括：
[0108][0109][0110][0111][0112][0113][0114][0115][0116][0117][0118]
其中，y0(x)为纯悬吊段的曲线方程，y
′0(x)为y0(x)的一阶导数，y1(x)表示所述右交叉段的主缆曲线方程，y
′1(x)为y1(x)的一阶导数，y2(x)表示所述右空缆段的主缆曲线方程，y
′2(x)为y2(x)的一阶导数，y3(x)表示所述左交叉段的主缆曲线方程，y4(x)表示所述左空缆段的主缆曲线方程，c为两侧主塔处主缆端点高差，l为斜拉悬索协作体系桥主跨跨度，l
xd
为纯悬吊段水平长度，l
jc
为交叉段水平长度，l
xl
为主梁斜拉段和主缆空缆段的水平长度，a0、a1、a2均为中间系数，q0为纯悬吊段内主缆荷载集度、q1为交叉段内主缆荷载集度、q2为斜拉段内主缆自身荷载集度，hq为主缆水平分力。
[0119]
一些实施例中，矢高比确定模块，还用于：
[0120]
根据第二公式确定所述吊索区段内主缆矢高与整个主跨内主缆矢高的对应关系，所述第二公式为：
[0121][0122]
其中，f0为吊索区段内主缆矢高，f为整个主跨内主缆矢高。
[0123]
一些实施例中，换算关系确定模块，还用于：
[0124]
根据第三公式确定所述换算关系，所述第三公式为：
[0125][0126]
其中，n0为吊跨矢跨比，n为主跨矢跨比。
[0127]
第三方面，本发明实施例还提供一种设备，其特征在于，所述设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器耦合的存储器，所述存储器包含有存储于其中的指令，所述指令在被所述处理器加载并执行，以实现如方法实施例中任一项所述的方法。
[0128]
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4中所述换算方法的步骤。
[0129]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0130]
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0131]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。