CN110700072B - 一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索。不局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求，计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。

Description

一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法
技术领域
本发明涉及斜拉索的安装领域，具体涉及一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法。
背景技术
斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。现代斜拉桥以其较大的跨越能力、良好的技术经济指标和美学价值在现代桥梁结构中占据重要的地位。斜拉索是斜拉桥上的重要承力构件，负责将主梁荷载传递到桥塔上，斜拉索索力值设置是否得当将影响到斜拉桥缩尺试验模型的准确性。
目前在斜拉桥缩尺模型建模中，斜拉索索力张拉方法包括刚性支承梁连续法、零位移法、弯矩平方和最小法、弯曲能量最小法等。这些方法具有基础理论深奥、计算过程复杂的问题，较难被桥梁工程技术人员所掌握和运用。此外，桥梁工程技术人员期望在斜拉索索力优化过程中，能达到不同期望值的优化结果，然而目前这些方法通常只局限于单一期望值。
发明内容
本发明的实施例提供一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，不局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求，计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索。
结合第一方面，作为第一种可实现方式，参照斜拉桥设计图纸，基于桥梁结构缩尺模型相似比理论，确定斜拉桥在经过缩尺后的参数，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺有限元模型；根据桥梁参数获取缩尺模型各项参数，进行桥梁各构件的制作加工，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺试验模型。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第二种可实现方式，根据所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取桥梁重力作用下各锚固点的挠度值；
根据桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，获取斜拉索的挠度影响系数和斜拉索的索力影响系数；根据斜拉桥成桥状态要求、所述斜拉索的挠度影响系数和所述斜拉索的索力影响系数，获取各索力张拉值。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第三种可实现方式，在斜拉桥缩尺有限元模型中，给全桥施加自重G，获取在桥梁自重作用下各锚固点的挠度值，其中桥梁在自重所用下第i个锚固点的挠度值为ΔGi，i＝1、2、……、n，n为锚固点个数。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第四种可实现方式，在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第一根斜拉索，并施加任意初拉力W1，得出第一根索在回缩以后的索力为
Figure BDA0002265462400000031
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000032
则得到第一根索张拉对各锚固点挠度的影响系数
Figure BDA0002265462400000033
接着在斜拉桥缩尺有限元模型中依次安装斜拉索，分别对斜拉索施加任意初拉力Wm，依次得出每一根斜拉索在回缩以后的索力
Figure BDA0002265462400000034
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000035
则得到第二根到第m根索张拉对各锚固点挠度的影响系数
Figure BDA0002265462400000036
m表示所安装斜拉索的对应序号，且m＞1。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第五种可实现方式，在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第m根索并施加任意初拉力Wm，得出
Figure BDA0002265462400000037
表示第m根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第j根索的索力值，j＝1、2、3、……、m-1，
Figure BDA0002265462400000038
表示第j根索张拉并回缩后的索力值，则可得到第m根索张拉对前(m-1)根斜拉索的索力影响系数为
Figure BDA0002265462400000039
Figure BDA00022654624000000310
表示第m根索张拉对第j根斜拉索索力的影响系数。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第六种可实现方式，若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为一确定值，建立n个挠度方程，获取各索力张拉值；若斜拉桥成桥状态要求每一根斜拉索索力相等且均为一确定值，建立m个索力方程，获取各索力张拉值；若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为某一确定值且要求每一根斜拉索索力相等且均为某一确定值，联立所述挠度方程和所述索力方程，获取各索力值。
结合第一方面的第一种可实现方式，作为第七种可实现方式，在所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型中，依次安装斜拉索以及每根索的索力传感器，将索力调整至所述索力张拉值。
本发明实施例提供的一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，不局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求，计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。相比于现有技术，在本发明实施中，根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索。
将斜拉桥未安装斜拉索时的成桥状态作为初始状态，在该状态下逐根安装并张拉斜拉索，每次张拉只需关注该斜拉索的拉力信息，而不需关注该索张拉对其他斜拉索索力以及各锚固点挠度的影响。在全索索力均按照目标值张拉完成后，各索索力值以及各锚固点挠度会自然达到设计期望值，且在求解索力时考虑了技术人员所期望的三种情况，不再局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求。该方法计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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它的附图。
图1为本发明实施例的流程图。
图2为本发明实施例的另一种流程图。
图3为本发明实施例的安装实例图。
图4为本发明实施例的安装实例验算图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。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提前下所获得的实施例，都应属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
在本发明实施例中，根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索，不局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求，计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。
本发明实施例提供一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，如图1所示，包括：
S110、根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型。
参照斜拉桥设计图纸，基于桥梁结构缩尺模型相似比理论，确定斜拉桥在经过缩尺后的参数，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺有限元模型。
参照斜拉桥设计图纸，基于桥梁结构缩尺模型相似比理论，确定斜拉桥在经过缩尺后的几何尺寸、密度、弹性模量、刚度等各项参数。此处所指相似是指模型和原型相对应的物理量的比值，一般而言与结构性能有关的物理量的相似，主要有：几何相似、荷载相似、质量相似，刚度相似，时间相似等。首先应根据图纸、试验条件、试验目的等确定几何缩尺比例，以及确定满足结构容重相似比的模型材料，再确定模型与原型的静力学相似关系、动力学相似关系，从而设计出理想模型。在缩尺模型桥塔和主梁的尺寸设计时，应严格按照几何相似比设计，但考虑到模型制作和试验条件若无法同时满足几项相似关系，需优先满足对结构影响较大的相似关系。若由于几何相似比的限制，索具若按照几何相似比设计实现比较困难，可采用模型拉索数比原型少一半的方案。在工程实践中，受试验场所、规模、经费等方而的限制，缩尺模型试验相对于原型结构试验可以减少试验规模，降低对材料、设备的要求，因此一般的研究性试验大多采用缩尺(相似模型)试验。
在确定好各项参数后，用MIDAS建立无斜拉索的斜拉桥缩尺有限元模型，即将未安装拉索时的结构状态视为初始状态，后续计算将在该初始状态上逐根安装张拉斜拉索并对每根斜拉索对锚固点挠度和其他斜拉索索力的影响系数进行计算。参照现有桥梁有限元建模方法，其中桥塔采用实体单元模拟，主梁采用梁单元模拟。桥塔底部为固结；主梁两端铰接约束，主梁与桥塔在支座位置进行节点耦合处理，即主梁与桥塔在支座位置处的横桥向和竖桥向位移耦合。
根据桥梁参数获取缩尺模型各项参数，进行桥梁各构件的制作加工，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺试验模型。
S120、根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值。
如图2所示，S120包括：
S1201、根据所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取桥梁重力作用下各锚固点的挠度值。
在斜拉桥缩尺有限元模型中，给全桥施加自重G，获取在桥梁自重作用下各锚固点的挠度值，其中桥梁在自重所用下第i个锚固点的挠度值为ΔGi，i＝1、2、……、n，n为锚固点个数。
假设该斜拉桥共需要张拉n根斜拉索，各斜拉索在主梁上的锚固点分别记为D1、D2、D3......Dn-1、Dn，其中第i根斜拉索在主梁上的锚固点为Di，i＝1、2、……、n。
在斜拉桥缩尺有限元模型中，给全桥施加自重G，求解在桥梁自重作用下D1、D2、D3......Dn-1、Dn各点的挠度值，模型自动运行分析得出各锚固点的挠度值ΔG1、ΔG2、ΔG3......ΔG(n-1)、ΔGn，其中桥梁在自重所用下第i个锚固点的挠度值为ΔGi，i＝1、2、……、n。
S1202、根据桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，获取斜拉索的挠度影响系数和索力影响系数。
求解第一根索张拉对D1、D2、D3......Dn-1、Dn各锚固点的挠度影响系数。
在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第一根斜拉索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力W1，运行分析得出第一根索在回缩以后的索力为
Figure BDA0002265462400000071
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000072
则可得到第一根索张拉对各锚固点挠度的影响系数
Figure BDA0002265462400000081
Figure BDA0002265462400000082
其中
Figure BDA0002265462400000083
表示张拉第一根拉索后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA0002265462400000084
表示第一根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1,2,3，……，n。
进一步在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第二根索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力W2，计算第二根索张拉对各锚固点挠度的影响系数以及对第一根索索力的影响系数。
其中对各点挠度的影响系数的计算如下：在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第二根索并施加任意初拉力W2，运行分析得出第二根索回缩后的索力为
Figure BDA0002265462400000085
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000086
则可得到第二根索张拉对各锚固点的挠度影响系数
Figure BDA0002265462400000087
Figure BDA0002265462400000088
其中
Figure BDA0002265462400000089
表示第二根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA00022654624000000810
表示第二根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1、2、3、……、n。
其中对第一根索力影响系数的计算如下：在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第二根索并施加任意初拉力W2后，运行分析得出在桥梁自重和张拉索力荷载下第一根索的索力值
Figure BDA00022654624000000811
则可得到第二根索张拉后对第一根索索力的影响系数
Figure BDA00022654624000000812
依次类推，在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第m根索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加任意初拉力Wm，运行分析得出第m根索索力对各锚固点挠度的影响系数以及对前(m-1)根索索力的影响系数。
其中对各锚固点挠度的影响系数的计算如下：在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第m根索并施加任意初拉力Wm，运行分析得出第m根索在回缩后的索力为
Figure BDA0002265462400000091
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000092
则可得到第m根索张拉对各锚固点的挠度影响系数
Figure BDA0002265462400000093
Figure BDA0002265462400000094
其中
Figure BDA0002265462400000095
表示第m根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA0002265462400000096
表示第m根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1、2、3、……、n。
其中对前(m-1)根索索力影响系数的计算如下：在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第m根索并施加任意初拉力Wm，运行分析得出在桥梁自重和张拉索力荷载下前(m-1)根斜拉索的索力值
Figure BDA0002265462400000097
则可得到第m根索张拉对前(m-1)根斜拉索的索力影响系数分别为
Figure BDA0002265462400000098
Figure BDA0002265462400000099
其中
Figure BDA00022654624000000910
表示第m根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第j根索的索力值，
Figure BDA00022654624000000911
表示第j根斜拉索张拉并回缩后的索力值，
Figure BDA00022654624000000912
表示第m根索张拉对第j根斜拉索索力的影响系数，j＝1、2、3、……、(m-1)。
S1203、根据斜拉桥成桥状态要求、所述斜拉索的挠度影响系数和所述斜拉索的索力影响系数，获取各索力张拉值。
若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为一确定值，建立n个挠度方程，获取各索力张拉值；
斜拉桥在成桥状态时，若设计人员所期望的第i个锚固点的挠度值为Hi,据此建立n个挠度方程如下：
Figure BDA0002265462400000101
若斜拉桥成桥状态要求每一根斜拉索索力相等且均为一确定值，建立m个索力方程，获取各索力张拉值；
斜拉桥在成桥状态时，若设计人员期望各个索力均为C，据此建立m个索力方程如下：
Figure BDA0002265462400000102
其中Xq为第q根索张拉完成后的目标索力值，q＝1,2,3，……，m。
若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为某一确定值且要求每一根斜拉索索力相等且均为某一确定值，联立所述挠度方程和所述索力方程，获取各索力值。
求解索力值可分为三种情况：
a.若设计人员只关心斜拉桥在成桥状态时第i个锚固点的挠度值为Hi，联立n个挠度方程，利用消元法求出各索力值。消元法是指将许多关系式中的若干个元素通过有限次地变换，消去其中的某些元素，从而使问题获得解决的一种解题方法。消元法主要有代入消元法、加减消元法、整体消元法、换元消元法、构造消元法、因式分解消元法、常数消元法、利用比例性质消元法等；
b.若设计人员只关心斜拉桥在成桥状态时索力相等且均为C，联立m个索力方程，利用消元法求出各索力值；
c.若设计人员同时关心a和b两种情况，同时联立挠度和索力方程，用多元线性回归方法求解出各索力值。线性回归是利用数理统计中回归分析，来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，运用十分广泛。回归分析中，只包括一个自变量和一个因变量，且二者的关系可用一条直线近似表示，这种回归分析称为一元线性回归分析。如果回归分析中包括两个或两个以上的自变量，且因变量和自变量之间是线性关系，则称为多元线性回归分析。事实上，一种现象常常是与多个因素相联系的，由多个自变量的最优组合共同来预测或估计因变量，比只用一个自变量进行预测或估计更有效，更符合实际。多元线性回归可应用于数学、经济学、金融等各个领域，所需要的数据进行预测或各个影响因素之间相关性的分析。
S130、根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索。
建立无拉索的斜拉桥缩尺试验模型，并根据索力目标值，安装和张拉各根斜拉索：
①根据确定的缩尺模型各项参数，进行桥梁各构件的制作加工，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺试验模型；
②安装第一根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X1；
③安装第二根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X2；
……
④依次类推，安装第n根索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值Xn
下面举出一个实施例说明本发明的技术方案。
本例为双塔单索面斜拉桥，该桥使用四根斜拉索对本专利中所论述的方法进行验证。
(1)参照斜拉桥设计图纸，基于桥梁结构缩尺模型相似比理论，确定斜拉桥在经过缩尺后的几何尺寸、密度、弹性模量、刚度等各项参数；
在确定好各项参数后，用MIDAS建立无斜拉索的斜拉桥缩尺有限元模型。其中桥塔采用实体单元模拟，主梁采用梁单元模拟。桥塔底部为固结；主梁两端铰接约束，主梁与桥塔在支座位置进行节点耦合处理，即主梁与桥塔在支座位置处的横桥向和竖桥向位移耦合。
(2)该斜拉桥共需要张拉4根斜拉索，各斜拉索在主梁上的锚固点分别记为D1、D2、D3、D4。给全桥施加自重G，求解在桥梁自重作用下D1、D2、D3、D4各点的挠度值，运行分析得出各锚固点的挠度值：ΔG1＝-0.00022m、ΔG2＝-0.00022m、ΔG3＝-0.00392m、ΔG4＝-0.00392m，其中桥梁在自重所用下第i个锚固点的挠度值为ΔGi，i＝1、2、3、4。
(3)①求解第一根索张拉对D1、D2、D3、D4各锚固点的挠度影响系数。
在有限元模型中安装第一根斜拉索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加初拉力60N，运行分析得出第一根索回缩后的索力值
Figure BDA0002265462400000131
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值：
Figure BDA0002265462400000132
Figure BDA0002265462400000133
则可得到第一根索张拉对各锚固点挠度的影响系数：
Figure BDA0002265462400000134
Figure BDA0002265462400000135
Figure BDA0002265462400000136
Figure BDA0002265462400000137
其中
Figure BDA0002265462400000138
表示张拉第一根拉索后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA0002265462400000139
表示第一根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1，2，3，4。
②进一步在有限元模型中安装第二根索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加初拉力60N，计算第二根索张拉对各锚固点挠度的影响系数以及对第一根索索力的影响系数。
其中对各锚固点挠度的影响系数的计算如下：有限元模型中安装第二根索并施加初拉力60N后，运行分析得出第二根索回缩后的索力值
Figure BDA00022654624000001310
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各锚固点的挠度值：
Figure BDA00022654624000001311
Figure BDA00022654624000001312
则可得到第二根索张拉对各锚固点的挠度影响系数：
Figure BDA00022654624000001313
Figure BDA00022654624000001314
Figure BDA00022654624000001315
Figure BDA0002265462400000141
其中，
Figure BDA0002265462400000142
表示第二根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA0002265462400000143
表示第二根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1，2，3，4。
其中，对前两根索索力影响系数的计算如下：有限元模型中安装第二根索并施加初拉力60N，运行分析得出在桥梁自重和张拉索力荷载下第一根索的索力值
Figure BDA0002265462400000144
则可得到第二根索张拉后对第一根索索力的影响系数
Figure BDA0002265462400000145
③进一步在有限元模型中安装第三根索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加初拉力60N，计算第三根索张拉对各锚固点挠度的影响系数以及对前两根索索力的影响系数。
其中对各锚固点挠度的影响系数的计算如下：有限元模型中安装第三根索并施加初拉力60N后，运行分析得出第三根索回缩后的索力值
Figure BDA0002265462400000146
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000147
Figure BDA0002265462400000148
则可得到第三根索张拉对各锚固点的挠度影响系数：
Figure BDA0002265462400000149
Figure BDA00022654624000001410
Figure BDA00022654624000001411
Figure BDA00022654624000001412
其中
Figure BDA00022654624000001413
表示第三根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA00022654624000001414
表示第三根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1，2，3，4。
其中对前两根索索力影响系数的计算如下：有限元模型中安装第三根索并施加初拉力60N，运行分析得出在桥梁自重和张拉索力荷载下第一根索的索力值
Figure BDA0002265462400000151
第二根索的索力值
Figure BDA0002265462400000152
则可得到第三根索张拉后对前两根索索力的影响系数
Figure BDA0002265462400000153
Figure BDA0002265462400000154
其中
Figure BDA0002265462400000155
表示第三根索张拉后第j根索索力的影响系数，j＝1，2。
④进一步在有限元模型中安装第四根索，其中斜拉索采用桁架单元模拟，并施加初拉力60N，计算第四根索张拉对各锚固点挠度的影响系数以及对前三根索索力的影响系数。
其中对各点挠度的影响系数的计算如下：有限元模型中安装第四根索并施加初拉力60N后，运行分析得出第四根索回缩后的索力值
Figure BDA0002265462400000156
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各锚固点的挠度值
Figure BDA0002265462400000157
Figure BDA0002265462400000158
则可得到第四根索张拉对各锚固点的挠度影响系数：
Figure BDA0002265462400000159
Figure BDA00022654624000001510
Figure BDA00022654624000001511
Figure BDA00022654624000001512
其中
Figure BDA00022654624000001513
表示第四根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第i个锚固点的挠度值，
Figure BDA00022654624000001514
表示第四根索张拉对第i个锚固点挠度的影响系数，i＝1，2，3，4。
其中对前三根索力影响系数的计算如下：有限元模型中安装第四根索并施加初拉力60N，运行分析得出在桥梁自重和张拉索力荷载下前三根索索力值
Figure BDA0002265462400000161
第二根索的索力值
Figure BDA0002265462400000162
第三根索的索力值
Figure BDA0002265462400000163
Figure BDA0002265462400000164
则可得到第四根索张拉后对前三根索索力的影响系数
Figure BDA0002265462400000165
Figure BDA0002265462400000166
其中
Figure BDA0002265462400000167
表示第四根索张拉后第j根索索力值，
Figure BDA0002265462400000168
表示第四根索张拉后对第j根索索力的影响系数，j＝1，2，3。
(4)斜拉桥在成桥状态时，若设计人员期望跨中挠度值为0.005m，其他锚固点挠度值按照抛物线设置，
Figure BDA0002265462400000169
Figure BDA00022654624000001610
其中
Figure BDA00022654624000001611
表示设计人员对第i个锚固点挠度的期望值，i＝1，2,3,4。
据此建立4个挠度方程如下：
-0.00022+1.83×10-5X1+2.42×10-6X2+1.40×10-5X3+(-8.49×10-6)X4
＝0.00217
-0.00022+2.50×10-6X1+1.77×10-5X2+(-4.89×10-6)X3+1.53×10-5X4
＝0.00217
-0.00392+(-3.33×10-6)X1+(-4.03×10-6)X2+4.66×10-5X3+3.03×10-5X4
＝0.00495
-0.00392+(-4.16×10-6)X1+(-3.22×10-6)X2+4.23×10-5X3+3.56×10-5X4
＝0.00495
其中Xq为第q根索张拉完成后的目标索力值，q＝1,2,3,4。
(5)联立4个挠度方程，利用消元法求出各索力值：
X1＝70.67N、X2＝68.63N、X3＝131.55N、X4＝107.31N
(6)①根据步骤(1)中确定的缩尺模型各项参数，进行桥梁各构件的制作加工，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺试验模型，如图3所示；
②安装第一根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X1＝70.67N；
③安装第二根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X2＝68.63N；
④安装第二根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X3＝131.55N；
⑤安装第四根斜拉索及其索力传感器并张拉，调索力至目标值X4＝107.31N。
(7)验算成桥后各锚固点挠度是否符合预期，如图4所示，
Figure BDA0002265462400000171
其中
Figure BDA0002265462400000172
表示成桥后第i个锚固点挠度值，i＝1,2,3,4.挠度值误差在合理范围内符合预期。
本发明实施例提供的一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，不局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求，计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。相比于现有技术，在本发明实施中，根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索。
将斜拉桥未安装斜拉索时的成桥状态作为初始状态，在该状态下逐根安装并张拉斜拉索，每次张拉只需关注该斜拉索的拉力信息，而不需关注该索张拉对其他斜拉索索力以及各锚固点挠度的影响。在全索索力均按照目标值张拉完成后，各索索力值以及各锚固点挠度会自然达到设计期望值，且在求解索力时考虑了技术人员所期望的三种情况，不再局限于单一期望值，能够满足不同的设计需求。该方法计算过程简洁清晰，张拉步骤明确，每次张拉只需关注一根索的拉力信息，避免了全索张拉完成后再进行整体优化调索的复杂步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种斜拉桥缩尺试验模型斜拉索的安装方法，其特征在于，包括：
根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型；
根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值；
根据所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索；
所述根据斜拉桥成桥状态要求以及所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取斜拉桥中各斜拉索的索力张拉值，包括：
根据所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取桥梁重力作用下各锚固点的挠度值；
根据桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，获取斜拉索的挠度影响系数和斜拉索的索力影响系数；
根据斜拉桥成桥状态要求、所述斜拉索的挠度影响系数和所述斜拉索的索力影响系数，获取各索力张拉值；
所述根据斜拉桥成桥状态要求、所述斜拉索的挠度影响系数和所述斜拉索的索力影响系数，获取各索力张拉值，包括：
若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为一确定值，建立n个挠度方程，获取各索力张拉值；
若斜拉桥成桥状态要求每一根斜拉索索力相等且均为一确定值，建立m个索力方程，获取各索力张拉值；
若斜拉桥成桥状态要求某个锚固点的挠度值为某一确定值且要求每一根斜拉索索力相等且均为某一确定值，联立所述挠度方程和所述索力方程，获取各索力值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据桥梁参数，建立斜拉桥缩尺有限元模型和无拉索的斜拉桥缩尺试验模型，包括：
参照斜拉桥设计图纸，基于桥梁结构缩尺模型相似比理论，确定斜拉桥在经过缩尺后的参数，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺有限元模型；
根据桥梁参数获取缩尺模型各项参数，进行桥梁各构件的制作加工，建立无斜拉索的斜拉桥缩尺试验模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述斜拉桥缩尺有限元模型，获取桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，包括：
在斜拉桥缩尺有限元模型中，给全桥施加自重G，获取在桥梁自重作用下各锚固点的挠度值，其中桥梁在自重所用下第i个锚固点的挠度值为ΔGi，i＝1、2、……、n，n为锚固点个数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，获取斜拉索的挠度影响系数，包括：
在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第一根斜拉索，并施加任意初拉力W1，得出第一根索在回缩以后的索力为
Figure FDA0002911406080000021
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值
Figure FDA0002911406080000022
则得到第一根索张拉对各锚固点挠度的影响系数
Figure FDA0002911406080000023
接着,在斜拉桥缩尺有限元模型中依次安装斜拉索，分别对斜拉索施加任意初拉力Wm，依次得出每一根斜拉索在回缩以后的索力
Figure FDA0002911406080000024
以及在桥梁自重和张拉索力荷载下各个锚固点的挠度值
Figure FDA0002911406080000025
则得到第二根到第m根索张拉对各锚固点挠度的影响系数
Figure FDA0002911406080000026
m表示所安装斜拉索的对应序号，且m＞1。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据桥梁重力作用下各锚固点的挠度值，获取斜拉索的索力影响系数，包括：
在斜拉桥缩尺有限元模型中安装第m根索并施加任意初拉力Wm，得出
Figure FDA0002911406080000031
Figure FDA0002911406080000032
表示第m根索张拉后在桥梁自重和张拉索力荷载下第j根索的索力值，j＝1、2、3、……、m-1，
Figure FDA0002911406080000033
表示第j根索张拉并回缩后的索力值，则可得到第m根索张拉对前(m-1)根斜拉索的索力影响系数为
Figure FDA0002911406080000034
Figure FDA0002911406080000035
表示第m根索张拉对第j根斜拉索索力的影响系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无拉索的斜拉桥缩尺试验模型和所述索力张拉值，安装斜拉索，包括：
在所述无拉索的斜拉桥缩尺试验模型中，依次安装斜拉索以及每根索的索力传感器，将索力调整至所述索力张拉值。
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