CN113255167B - 悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，包括以下步骤：步骤一、采用分段悬链线确立理想的空缆线形，并在此基础上对主缆温度和左右桥塔偏位两个参数进行影响性分析；步骤二索股架设完成后，对主缆温度以及桥塔偏位进行测试，确立考虑温度和跨度变化后的实际的空缆线形，以此换算成基准温度且无跨度变化影响下的空缆线形，从而确定基准温度且无跨度变化影响下的主缆主跨跨中标高。本发明具有操作简单、精度高、放样效率高等特点，为中小径悬索桥索夹快速放样施工提供有力技术支撑。

Description

悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法
技术领域
本发明涉及悬索桥施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法。
背景技术
悬索桥是一种跨越能力大、构造简单且受力明确的桥型。悬索桥的线形优美，尤其是主跨为400m以内的悬索桥，具有很强的竞争优势，往往成为当地的标志性建筑和景观点。
悬索桥缆索对温度有着很强的敏感性，空缆线形随着温度的变化而变化，这就决定索夹放样位置的可变性。同时，索夹精确放样直接决定成桥状态下吊索纵桥向面的倾斜角与横向倾角，不仅影响这个桥型外观影响，而且也影响着成桥状态下主缆线形与吊索索力以及结构安全。
对于索夹位置放样方法，目前，对于中小跨径悬索桥主缆索夹放样，常采用以下方法：根据空缆状态下主缆实际架设线形、主缆索股温度与桥塔偏位等资料，评估空缆线形与预测成桥状态下主缆的实际状态，并修正考虑温度和跨度变化后的索夹标记点里程坐标。最后，通过全站仪进行索夹里程坐标放样。按照此方法存在以下问题：1)索夹位置里程测量与温度测试在时间方面具有不同步性，且索夹放样效率过低，等待时间过长；2)对于能见度低的环境，如大雾下，无法进行索夹放样作业。因此，对于中小跨径悬索桥索夹放样作业，需寻找一种快速、精度高且不受环境影响的索夹放样方法，以解决上述方法中的缺陷与不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对目前中小跨径悬索桥主缆索夹放样中存在索夹位置里程测量与温度测试存在的时间不同步性且放样效率过低、受限于低能见度的环境等问题，提供一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法。该方法具有操作简单、精度高、放样效率高等特点，为中小径悬索桥索夹快速放样施工提供有力技术支撑。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，包括以下步骤：
步骤一、采用分段悬链线确立理想的空缆线形，并在此基础上对主缆温度和左右桥塔偏位两个参数进行影响性分析；
步骤二 索股架设完成后，对主缆温度以及桥塔偏位进行测试，确立考虑温度和跨度变化后的实际的空缆线形，以此换算成基准温度且无跨度变化影响下的空缆线形，从而确定基准温度且无跨度变化影响下的主缆主跨跨中标高；
步骤三 结合上述步骤中各参数，修改成桥状态下主跨垂度，进行空缆状态线形反推分析，直到反推计算后空缆状态跨中垂度与实际垂度相等；
步骤四 采用悬链线公式求解基准温度下各跨索夹间的有应力长度，并进行现场实际的主缆温度对各索夹间的有应力长度影响分析，即可得到实际主缆温度下的各索夹间有应力长度SJSi＝SJS0i+KSt·Δt(i＝1,2......n)，式中SJS0i(i＝1,2......n)，n为索段号，SJSOi为在基准温度下的各索股间的有应力长度；KSt为有应力长度与温度变化的参数，△t为温度变化，正为升温，负为降温；
需要说明的是，对于中小跨径悬索桥，跨度变化主要影响着跨中标高和垂度，一般呈二次多项式关系，但对各跨总无应力长度以及各索夹间的有应力长度影响非常小，可不计。
步骤五 测试索股温度，根据步骤四中实际主缆温度下的各索夹间有应力长度公式，直接采用精度高的钢卷尺进行索夹位置放样。
优选的是，步骤一种，确立理想的空缆线形前，对各分跨点坐标、主跨垂度f、各跨跨度L、主缆钢丝弹性模量E和线膨胀系数ξ、沿缆集度q、主缆面积A、吊索索力F等参数进行收集。
优选的是，所述各分跨点坐标包括主索鞍IP和散索鞍IP，但不限于这两组数据。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，直接采用精度高的钢卷尺进行索夹位置放样，不受测量与温度测试同步性要求限值，也避免了大量测量和温度测试时间的等待时间，提高了索夹放样工效。
(2)本发明悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，不受测试环境如大雾环境或阴雨天的制约，在能见度不好或很差的条件下均可快速实现索夹放样作业。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的索段计算分析示意图；
图2为本发明的悬索桥各跨悬链线计算示意图；
图3为本发明的索夹位置放样示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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，都应当属于本发明保护的范围。
以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：
一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述第一步具体步骤为：各分跨点(包括主索鞍IP、散索鞍IP等)坐标、主跨垂度f、各跨跨度L、主缆钢丝弹性模量E和线膨胀系数ξ、沿缆集度q、主缆面积A、吊索索力F等参数，采用分段悬链线，如图1和2所示，确立基准温度下空缆线形，则以左侧主索鞍IP点基准温度下空缆线形可描述为：
y＝-ηch(x/η+a)+a1 (1)
a1＝ηcha (1-1)
Figure BDA0003136551590000031
Figure BDA0003136551590000032
式中，x和y分别为空缆下任一点的里程坐标和高程坐标；η＝－H/q，H为空缆水平力，q为主缆自重沿缆集度；C为各跨两支点高差；L为各跨两支点跨度。
各跨有应力长度和无应力长度分别为：
S＝-η[sh(qL/H-a)+sha] (2)
Figure BDA0003136551590000041
在此基础上对主缆温度和左右桥塔偏位两个参数进行影响性分析，得到各跨中跨中标高与跨度变化△D与主缆温度t之间的关系式，可描述为：
YZ＝Y0+KtΔt+KD1ΔD+KD2ΔD2 (4)
式中Yz为跨中标高；Y0为基准温度下无跨度变化下的跨中标高(由式(1)可得)；Kt为跨中标高与温度变化影响因子；KD1与KD2为跨中标高与跨度变化的影响因子；△D为跨度变化；△t为相对与基准温度下的主缆温度。
关于Kt值的取值方法说明如下：
在温度t作用下，根据公式(2)和(3)，可得温度作用下主缆的有应力长度St和弹性伸长量△St为
St＝-ηt[sh(qL/Ht-at)+shat] (5)
Figure BDA0003136551590000042
公式(5)和(6)中各参数下标t为温度作用下。
根据温度变化前后的各跨主缆无应力长度保持不变原则，即：
St-ΔSt＝(1+ξt)S0 (7)
根据公式(7)可求解出温度t作用下主缆水平力Ht，以及跨中标高Yz，调整温度t取值，得到相应的跨中标高Yz，最终拟合出跨中标高与温度的关系曲线，即可得到近似值Kt。
类似，改变跨度变化参数△D，得到相应的跨中标高Yz，拟合跨中标高与跨度变化的关系曲线，即可得到近似值KD1和KD2。
所述第二步具体步骤为：索股架设完成后，对主缆各跨跨中标高Yz实、主缆温度变化△t实以及跨度变化△D实进行测试，根据公式(4)将考虑实际温度变化和跨度变化下的主缆线形换算成基准温度且无跨度变化影响下的空缆线形，求得跨中标高Y0实值。
步骤三 根据跨中标高误差△Y＝Y0实－Y0，修改成桥状态下主跨垂度f(或跨中标高Yz)，采用分段悬链线公式，进行空缆状态线形分析，直到反推计算后空缆状态跨中跨度标高与实际标高相等。
根据实际空缆线形确立的成桥线形，可以计算基准温度下各跨索夹间索段的有应力长度SJS0i(i＝1,2......n)。
步骤四 按照步骤一中Kt取值方法，进行主缆温度对各索夹间的有应力长度影响分析，即可得到参数KSt，进一步得到实际主缆温度下的各索夹间有应力长度：
SJSi＝SJS0i+KSt·Δt(i＝1,2......n) (8)
式中SJS0i为在基准温度下的各索股间的有应力长度；KSt为有应力长度与温度变化的参数，Δt为温度变化，正为升温，负为降温。
需要说明的是，对于中小跨径悬索桥，跨度变化主要影响着跨中标高和垂度，一般呈二次多项式关系，但对各跨各索夹间的有应力长度影响非常小，可忽略不计。
步骤五 测试索股温度，并根据公式(8)得到现场放样的索夹间索段有应力长度，直接采用精度高的钢卷尺进行索夹位置放样。中跨由主索鞍处主缆分跨标记线向跨中所有索夹逐个放样(如图3所示)；边跨由主索鞍处主缆分跨标记线向散索鞍侧所有索夹逐个放样。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (3)

1.一种悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用分段悬链线确立理想的空缆线形，并在此基础上对主缆温度和左右桥塔偏位两个参数进行影响性分析；
步骤二 索股架设完成后，对主缆温度以及桥塔偏位进行测试，确立考虑温度和跨度变化后的实际的空缆线形，以此换算成基准温度且无跨度变化影响下的空缆线形，从而确定基准温度且无跨度变化影响下的主缆主跨跨中标高；
步骤三 结合上述步骤中各参数，修改成桥状态下主跨垂度，进行空缆状态线形反推分析，直到反推计算后空缆状态跨中垂度与实际垂度相等；
步骤四 采用悬链线公式求解基准温度下各跨索夹间的有应力长度，并进行现场实际的主缆温度对各索夹间的有应力长度影响分析，即可得到实际主缆温度下的各索夹间有应力长度SJSi＝SJS0i+KSt·Δt，i＝1，2......n，式中SJS0i，i＝1，2......n，i为索段号，SJSOi为在基准温度下的各索股间的有应力长度；KSt为有应力长度与温度变化的参数，△t为温度变化，正为升温，负为降温；
步骤五 测试索股温度，根据步骤四中实际主缆温度下的各索夹间有应力长度公式，直接采用精度高的钢卷尺进行索夹位置放样。
2.如权利要求1所述的悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，其特征在于，步骤一中，确立理想的空缆线形前，对各分跨点坐标、主跨垂度f、各跨跨度L、主缆钢丝弹性模量E和线膨胀系数ξ、沿缆集度q、主缆面积A、吊索索力F参数进行收集。
3.如权利要求2所述的悬索桥索夹位置的有应力长度放样方法，其特征在于，所述各分跨点坐标包括主索鞍IP和散索鞍IP。
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