CN112048988A - 一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统，涉及斜拉桥技术领域，该斜拉桥斜拉索优化方法包括以下步骤：选定目标斜拉桥，获取其结构信息、结果信息和调整参数；根据结构信息、结果信息以及调整参数，对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新调整参数；根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新调整参数；根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新调整参数；重复进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至实现主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。本申请适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，较顺利的进行桥梁模拟调整。

Description

一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统

技术领域

本发明涉及斜拉桥技术领域，具体涉及一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统。

背景技术

斜拉索的索力状态决定了整个桥梁的内力状态，故而需要对斜拉索索力进行优化调整，使梁平塔直且索力均匀。由于斜拉桥是高次超静定结构，所以斜拉桥调索是一项非常繁琐的工作。目前，斜拉桥都是采用有限元软件进行设计计算的，斜拉索优化需要结合有限元软件计算完成。

目前斜拉桥斜拉索优化方法主要有：

一、指定结构状态的优化方法，指定结构状态的优化方法以斜拉桥结构的内力、位移等为优化目标，其目标多为指定值或范围(可行域或合理域)，根据斜拉索索力与结构内力、位移等状态的函数关系(影响矩阵)进行索力优化。主要包括：1、零位移法，根据有限元软件计算得到桥梁的变形和索力，使结构位移为0可推算得到新的索力，根据新索力重新计算得到桥梁变形和索力，再使结构位移为0推算得到新的索力，反复迭代直到满足精度要求。该方法仅考虑了主梁的受力和变形，未兼顾桥塔的受力状态，往往造成塔根两侧弯矩不平衡，显著增大了桥塔的水平偏位，当边主跨长度相差较大时该现象尤为严重，由此确定的索力也必然无法形成均匀的分布状态。2、刚性支撑连续梁法，该方法是将主梁作为连续梁，斜拉索张拉点加竖向支承，支承竖向反力就是斜拉索的竖向分力，该方法得到的索力很不均匀，且会出现受压的索力。通过引入斜拉索索力对主梁弯矩的影响矩阵建立平衡方程，并采用迭代求解的方法改进了刚性支承连续梁法，使其求解思路更清晰，求解方法更简便，扩展了该方法的适用性。但该方法同样未顾及桥塔的受力状态，得到的解为局部极值解，可能不是最优解，且不能保证索力均匀。3、零支反力法，零支反力法是对刚性支承连续梁法的改进。该方法通过索力与支反力间的相互转化，用多次逼近目标的方法求出索力，使主梁内力和线形逼近刚性支承连续梁状态。该方法需要在索梁锚点处添加刚性支承，优化后的索力可能出现不均匀的情况。

二、弯曲能量最小法和弯矩最小法，弯曲能量最小法是用结构的弯曲应变能作为目标函数，弯矩最小法是以弯矩平方和作为目标函数。该方法不适合钢桁梁斜拉桥。该方法所得索力在未添加约束条件时往往不合理，因此该方法需通过添加约束条件将其转化为数学优化模型来改进。

三、数学优化方法，基于数学优化方法的斜拉桥成桥索力优化通常将问题转化为数学优化模型，即以结构某种性能(位移、内力、应力或应变能)为目标，通过影响矩阵、解析算式等将优化目标显式表达为斜拉索索力的函数，并添加与该性能有关的约束条件，构建线性、二次或更高次的非线性规划模型，然后采用合适的数学优化方法来求解。近年来特大跨、超大跨斜拉桥的出现，斜拉索数的增多，这类方法的计算效率、全局收敛性和通用性等受到了挑战。

四、影响矩阵法，影响矩阵是影响向量的所有元素分别发生单位变化时，引起被调向量产生的变化依次排列形成的矩阵。对于斜拉桥来说，即为在满足线性叠加原理的基础上，对斜拉索施加单位张拉力时，结构位移、内力、应力、支反力、索力等产生的变化所形成的矩阵。它不是一种独立的方法，而是一个建立斜拉索索力与优化目标间函数关系的工具。影响矩阵法与前述各类方法有着密不可分的关系，可根据不同优化目标与约束条件，将优化模型转化为前述各种优化方法，得到不同的加权优化结果。

五、分步优化方法，分步优化方法采用2种或2种以上前述方法，通过分步计算来获得斜拉桥的合理成桥状态，其目的是更全面地考虑各种作用对斜拉桥结构的影响。分步优化方法可融合多种优化方法的优势，根据不同类型斜拉桥各个构件内力和变形的要求，分步骤选择不同方法全面优化斜拉桥的成桥索力，可综合考虑混凝土收缩徐变、预应力、活载等各种作用的影响，但它仍不完全具有普适性，需针对具体问题具体选择与优化。

以上为目前常用的几种方法，但是，目前索力优化方法的缺陷主要有：1、没有智能化，需要人为输入各种索力优化参数，如调整的斜拉索单元，节点位移调整目标值等；2、普适性不强，目前没有一种优化方法适用于所有斜拉桥；3、成桥状态与施工状态不能闭合，大跨径密索体系斜拉桥施工过程中的几何非线性、混凝土收缩徐变、温度等效应使得其成桥状态与施工过程密切相关，但目前基于一次成桥计算的索力优化方法大多无法准确计入上述与时间、工序等有关的效应，以此为目标按照实际施工工序计算所得斜拉桥最终成桥状态与合理成桥状态间总有偏差；4、大多有限元软件没有优化算法模块，需要调用其它数学软件的工具箱。

因此，为解决现有斜拉桥优化方法的不足，提出一种新的斜拉桥斜拉索优化方法。

发明内容

本申请实施例提供一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统，适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，较顺利的进行桥梁模拟调整。

第一方面，提供了一种斜拉桥斜拉索优化方法，所述方法包括以下步骤：

选定待优化的目标斜拉桥获取所述目标斜拉桥的结构信息、结果信息和调整参数；

根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新所述调整参数；

根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新所述调整参数；

根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新所述调整参数；

重复进行所述主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、索力均匀以及主塔竖直；其中，

所述结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸以及数量，所述结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，所述调整参数包括斜拉索索长与斜拉索索力。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

当完成中跨索力模拟调匀后，若所述目标斜拉桥的主梁出现不平，则循环进行主梁模拟调平以及中跨索力模拟调匀，直至所述目标斜拉桥同时满足主梁水平和中跨索力均匀。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

当完成主塔模拟调直后，若所述目标斜拉桥的主梁出现不平或中跨索力出现不均匀，则循环进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥同时满足主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

具体的，所述根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平中，具体包括以下步骤：

根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，计算斜拉索的索长补偿量；根据所述索长补偿量模拟调整所述目标斜拉桥的斜拉索索长。

具体的，所述索长补偿量的计算公式为ΔL＝(k*Δv)/sin(α)；

其中，所述Δv为斜拉索梁端锚固点竖向位移，所述α为斜拉索倾角，所述k为预设的修正系数。

具体的，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀中，具体包括以下步骤：

根据所述目标斜拉桥的主梁恒载的变化情况，计算获得中跨斜拉索的索力竖向分力分配系数；

根据所述索力竖向分力分配系数以及所述目标斜拉桥的中跨斜拉索数量，计算获得中跨调匀索力；

根据所述中跨调匀索力对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀。

具体的，所述中跨调匀索力的计算公式为：

其中，

为中跨调匀索力；

为主梁调平后中跨第i根斜拉索梁端索力；

α_i为中跨第i根斜拉索倾角；

z_i为中跨第i根斜拉索的索力竖向分力分配系数；

M为中跨斜拉索的根数。

具体的，所述根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀中，具体包括以下步骤：

根据所述结构信息、所述结果信息以及更新后的所述调整参数，根据边跨斜拉索水平力和中跨斜拉索水平力相等，从而得到边跨斜拉索索力。

具体的，所述边跨斜拉索索力计算公式为

其中，

BN为边跨斜拉索索力，N为主梁调平且中跨索力调匀后的中跨索力，α为中跨斜拉索倾角，b为边跨斜拉索倾角。

第二方面，提供了一种斜拉桥斜拉索优化系统，该系统需植入有限元软件中，该系统包括：

信息获取模块，其用于选定待优化目标斜拉桥的有限元模型，获取所述目标斜拉桥的结构信息，从有限元计算结果中获得结果信息和调整参数；

主梁模拟调平模块，其用于根据所述结构信息、所述结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新所述调整参数；

中跨索力模拟调匀模块，其用于根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新所述调整参数；

主塔模拟调直模块，其用于根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新所述调整参数；

模拟优化协同模块，其用于重复进行所述主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、索力均匀以及主塔竖直；其中，

所述结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸以及数量，所述结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，所述调整参数包括斜拉索索长与斜拉索索力。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请提供了一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统，该系统植入有限元软件中后，从斜拉桥有限元模型中自动识别获取结构信息，从有限元计算结果中自动获取结果信息和调整参数，该系统不需要人为干预，适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，从而顺利地完成斜拉桥斜拉索优化，最终使得斜拉桥实现梁平塔直且索力均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例1提供的斜拉桥斜拉索优化方法的步骤流程图；

图2为本申请实施例1提供的斜拉桥斜拉索优化方法在具体实施时的流程示意图；

图3为本申请实施例2提供的斜拉桥斜拉索优化系统的结构示意图；

附图标记：

1、信息获取模块；2、主梁模拟调平模块；3、中跨索力模拟调匀模块；4、主塔模拟调直模块；5、模拟优化协同模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种斜拉桥斜拉索优化方法和系统，该系统可植入有限元软件中，从斜拉桥有限元模型中自动识别获取结构信息，从有限元计算结果中自动获取结果信息和调整参数，不需要人为干预，适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，从而顺利地完成斜拉桥斜拉索优化，最终使得斜拉桥实现梁平塔直且中跨索力均匀。

为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：

一种斜拉桥斜拉索优化方法，该方法包括以下步骤：

S1、选定待优化的目标斜拉桥，获取目标斜拉桥的结构信息、结果信息和调整参数；

S2、根据结构信息、结果信息以及调整参数，对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新调整参数；

S3、根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新调整参数；

S4、根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新调整参数；

S5、重复进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

实施例1

参见图1、2所示，本发明实施例提供一种斜拉桥斜拉索优化方法，该方法包括以下步骤：

S1、选定待优化的目标斜拉桥，获取目标斜拉桥的结构信息、结果信息和调整参数；

S2、根据结构信息、结果信息以及调整参数，对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新调整参数；

S3、根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新调整参数；

S4、根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新调整参数；

S5、重复进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

需要说明的是，结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸、数量等与结构性能有关的数据信息，结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，而调整参数具体包括斜拉索索长与斜拉索索力。

本申请实施例主要用于实现斜拉桥结构方面的模拟优化，通过模拟优化得到的数据参数，为后期实际对斜拉桥的设计、施工以及维护提供帮助。

本申请实施例中，首先，选定需要优化的目标斜拉桥，获得目标斜拉桥的结构信息、结果信息和调整参数，为后期模拟优化提供数据依据。

进而，根据结构信息、结果信息以及调整参数，进行第一步模拟优化，即对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，待主梁模拟调平后，更新获得当前的调整参数。

而后，再进行第二步模拟优化，即根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，同样，待中跨索力模拟调匀后，更新获得当前的调整参数。

最后，进行第三步模拟优化，即根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，同样，待主塔模拟调直后，更新获得当前的调整参数。

需要注意的是，当进行各步模拟优化时，若影响前一步的模拟优化结果，则需要重新对上一步进行重新模拟优化，即若对中跨索力模拟调匀后，发现主梁并非水平，则更新当前的调整参数，并再次进行主梁模拟调平，待主梁模拟调平后，再进行中跨索力模拟调匀，同样，若完成主塔模拟调直后，如果主梁并非水平或中跨索力并非均匀，则需要更新当前的调整参数，并执行对应的模拟优化步骤，即重复进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

本申请实施例中，不需要人为干预，适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，从而较顺利的对斜拉桥进行模拟调整，最终使得斜拉桥实现梁平塔直且中跨索力均匀。

故而，进一步的，该方法还包括以下步骤：

当完成中跨索力模拟调匀后，若目标斜拉桥的主梁出现不平，则循环进行主梁模拟调平以及中跨索力模拟调匀，直至目标斜拉桥同时满足主梁水平和中跨索力均匀。

同样，与上述内容对应，该方法还包括以下步骤：

当完成主塔模拟调直后，若目标斜拉桥的主梁出现不平或中跨索力出现不均匀，则循环进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥同时满足主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

具体的，根据结构信息以及调整参数，对目标斜拉桥进行主梁模拟调平中，具体包括以下步骤：

根据结构信息、结果信息以及调整参数，计算获得斜拉索的索长补偿量；

根据索长补偿量模拟调整目标斜拉桥的斜拉索索长，调整后的斜拉索索长L₁＝L₀+ΔL，

需要说明的是，L₁为调整后的斜拉索索长，L₀为调整前的斜拉索索长，

本申请实施例中的索长补偿量的计算公式为ΔL＝(k*Δv)/sin(α)，其中，Δv为斜拉索梁端锚固点的竖向位移，α为斜拉索倾角，k为预设的修正系数，实际设置时，k可取0.1与0.8之间的数值，该数值可根据迭代效果自动取值；

根据调整后的斜拉索索长，对斜拉桥进行重新模拟计算，并查看主梁是否调平，否则再次调整斜拉索索长重新模拟计算直至主梁调平。

具体的，根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀中，具体包括以下步骤：

根据目标斜拉桥的主梁恒载的变化情况，计算获得中跨斜拉索的索力竖向分力分配系数；

根据索力竖向分力分配系数以及目标斜拉桥的中跨斜拉索数量，计算获得调匀索力；

根据调匀索力对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀。

需要说明的是，本申请实施例中的调匀索力的计算公式为：

其中，

为中跨调匀索力；

为主梁调平后中跨第i根斜拉索梁端索力；

α_i为中跨第i根斜拉索倾角；

z_i为中跨第i根斜拉索的索力竖向分力分配系数；

M为中跨斜拉索的根数。

实际实施时，中跨主梁的一期恒载每延米重量，从塔柱到中跨逐渐减小，主梁的二期恒载每延米重量在中跨的每个位置是相同的。

具体的，根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直中，具体包括以下步骤：

根据结构信息以及更新后的调整参数，根据边跨斜拉索水平力和中跨斜拉索水平力相等，从而得到边跨斜拉索索力。

需要说明的是，本申请实施例中的边跨斜拉索索力计算公式为

其中，BN为边跨斜拉索索力，N为主梁调平且中跨索力调匀后的中跨索力，α为中跨斜拉索倾角，b为边跨斜拉索倾角。

基于本申请实施例的内容，给出一种本申请实施例实际实施时的流程图，如说明书附图的图2所示。

在实际应用时，为保证结构安全，斜拉桥的施工在上二期恒载后需要一次索力调整，将上二期恒载前的无应力索长称为施工无应力索长，上二期恒载后的称为成桥无应力索长；

而本申请实施例的具体实施步骤对应为：

1)识别目标斜拉桥的有限元模型的塔、梁和斜拉索等结构，根据主梁恒载分布确定斜拉索竖向分力分配系数z_i和初始索力，根据初始索力获得斜拉索规格，形成一次成桥有限元模型，但不上二期恒载，施加初始索力进行有限元计算；

2)进行主梁模拟调平；

3)进行中跨索力模拟调匀，若索力调匀后主梁在此出现不平，则在此进行主梁模拟调平，而后再进行中跨索力模拟调匀；

4)进行主塔模拟调直；

5)根据前一步获得的斜拉索无应力索长，考虑施工过程、收缩徐变和几何非线性，从第一个施工阶段计算到成桥(未上二期恒载)，判断是否梁平塔直，若否曾重复计算2、3、4、5步直到梁平塔直，从而获得上二期恒载前施工过程的斜拉索无应力索长和索力。

6)施加二期恒载并计算，进行2、3、4步，获得成桥索力，根据成桥索力修改斜拉索规格。根据修改后斜拉索规格，再计算成桥无应力索长和施工无应力索长。

实施例2

参见图3所示，本发明实施例提供一种基于实施例1的斜拉桥斜拉索优化系统，该斜拉桥斜拉索优化系统需配合有限元软件使用，该系统包括：

信息获取模块1，其用于选定待优化目标斜拉桥的有限元模型，自动识别获取目标斜拉桥的结构信息，从有限元计算结果中自动获得结果信息和调整参数；

主梁模拟调平模块2，其用于根据结构信息、结果信息以及调整参数，对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新调整参数；

中跨索力模拟调匀模块3，其用于根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新调整参数；

主塔模拟调直模块4，其用于根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新调整参数；

模拟优化协同模块5，其用于重复进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

本申请实施例主要用于实现斜拉桥结构方面的模拟优化，通过模拟优化得到的数据参数，为后期实际对斜拉桥的设计、施工以及维护提供帮助。

需要说明的是，结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸、数量等与结构性能有关的数据信息，结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，而调整参数具体包括斜拉索索长与斜拉索索力。

本申请实施例中，首先，信息获取模块1从选定需要优化的目标斜拉桥有限元模型获得结构信息、从有限元计算结果获得结果信息和调整参数。

进而，主梁模拟调平模块2根据结构信息、结果信息以及调整参数，进行第一步模拟优化，即对目标斜拉桥进行主梁模拟调平，待主梁模拟调平后，更新获得当前的调整参数。

而后，中跨索力模拟调匀模块3再进行第二步模拟优化，即根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，同样，待中跨索力模拟调匀后，更新获得当前的调整参数。

最后，主塔模拟调直模块4进行第三步模拟优化，即根据结构信息以及更新后的调整参数，对目标斜拉桥进行主塔模拟调直，同样，待主塔模拟调直后，更新获得当前的调整参数。

进一步的，当中跨索力模拟调匀模块3完成中跨索力模拟调匀后，若目标斜拉桥的主梁出现不平，则模拟优化协同模块5利用主梁模拟调平模块2和中跨索力模拟调匀模块3继续循环进行主梁模拟调平以及中跨索力模拟调匀，直至目标斜拉桥同时满足主梁水平和索力均匀。

同样，与上述内容对应，当主塔模拟调直模块4完成主塔模拟调直后，若目标斜拉桥的主梁出现不平或索力出现不均匀，则模拟优化协同模块5利用主梁模拟调平模块2、中跨索力模拟调匀模块3以及主塔模拟调直模块4，循环进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至目标斜拉桥同时满足主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

本申请实施例中，优化过程中不需要人为干预，适用于各种斜拉桥，将主梁调平、中跨索力调匀以及主塔调直进行协同模拟，从而顺利地完成斜拉桥斜拉索的模拟优化，最终使得斜拉桥实现梁平塔直且索力均匀。

本申请主要用于实现斜拉桥斜拉索的模拟优化，通过模拟优化得到的数据参数，为后期实际对斜拉桥的设计、施工以及维护提供帮助。

需要说明的是，在本申请中，诸如术语“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。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。

Claims (10)

1.一种斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

选定待优化的目标斜拉桥获取所述目标斜拉桥的结构信息、结果信息和调整参数；

根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新所述调整参数；

根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新所述调整参数；

根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新所述调整参数；

重复进行所述主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、索力均匀以及主塔竖直；其中，

所述结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸以及数量，所述结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，所述调整参数包括斜拉索索长与斜拉索索力。

2.如权利要求1所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

当完成中跨索力模拟调匀后，若所述目标斜拉桥的主梁出现不平，则循环进行主梁模拟调平以及中跨索力模拟调匀，直至所述目标斜拉桥同时满足主梁水平和中跨索力均匀。

3.如权利要求1所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

当完成主塔模拟调直后，若所述目标斜拉桥的主梁出现不平或中跨索力出现不均匀，则循环进行主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥同时满足主梁水平、中跨索力均匀以及主塔竖直。

4.如权利要求1所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，所述根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平中，具体包括以下步骤：

根据所述结构信息、结果信息以及所述调整参数，计算斜拉索的索长补偿量；根据所述索长补偿量模拟调整所述目标斜拉桥的斜拉索索长。

5.如权利要求4所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于：

所述索长补偿量的计算公式为ΔL＝(k*Δv)/sin(α)；

其中，所述Δv为斜拉索梁端锚固点竖向位移，所述α为斜拉索倾角，所述k为预设的修正系数。

6.如权利要求1所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀中，具体包括以下步骤：

根据所述目标斜拉桥的主梁恒载的变化情况，计算获得中跨斜拉索的索力竖向分力分配系数；

根据所述索力竖向分力分配系数以及所述目标斜拉桥的中跨斜拉索数量，计算获得中跨调匀索力；

根据所述中跨调匀索力对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀。

7.如权利要求6所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，

所述中跨调匀索力的计算公式为：

其中，

为中跨调匀索力；

为主梁调平后中跨第i根斜拉索梁端索力；

α_i为中跨第i根斜拉索倾角；

z_i为中跨第i根斜拉索的索力竖向分力分配系数；

M为中跨斜拉索的根数。

8.如权利要求1所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于，所述根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀中，具体包括以下步骤：

根据所述结构信息、所述结果信息以及更新后的所述调整参数，根据边跨斜拉索水平力和中跨斜拉索水平力相等，从而得到边跨斜拉索索力。

9.如权利要求8所述的斜拉桥斜拉索优化方法，其特征在于：

所述边跨斜拉索索力计算公式为

其中，

BN为边跨斜拉索索力，N为主梁调平且中跨索力调匀后的中跨索力，α为中跨斜拉索倾角，b为边跨斜拉索倾角。

10.一种斜拉桥斜拉索优化系统，其特征在于，所述系统包括：

信息获取模块，其用于选定待优化目标斜拉桥的有限元模型，获取所述目标斜拉桥的结构信息，从有限元计算结果中获得结果信息和调整参数；

主梁模拟调平模块，其用于根据所述结构信息、所述结果信息以及所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主梁模拟调平，并更新所述调整参数；

中跨索力模拟调匀模块，其用于根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行中跨索力模拟调匀，并更新所述调整参数；

主塔模拟调直模块，其用于根据所述结构信息以及更新后的所述调整参数，对所述目标斜拉桥进行主塔模拟调直，并更新所述调整参数；

模拟优化协同模块，其用于重复进行所述主梁模拟调平、中跨索力模拟调匀以及主塔模拟调直，直至所述目标斜拉桥的模拟状态实现主梁水平、索力均匀以及主塔竖直；其中，

所述结构信息至少包括目标斜拉桥的主梁、主塔以及斜拉索的材质、尺寸以及数量，所述结果信息包括主梁竖向位移和主塔偏移量，所述调整参数包括斜拉索索长与斜拉索索力。

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