大连理工大学檀永刚获国家专利权
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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119249571B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-08发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411407000.3,技术领域涉及:G06F30/13;该发明授权一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法是由檀永刚;孙明刚;王腾;刘彦程;姜涛;付帅;王志刚;郭刘婷;张思远设计研发完成,并于2024-10-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法在说明书摘要公布了:本发明属于桥梁设计和施工监控技术领域,提出一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法。将索鞍预偏量、散索鞍预偏量、索塔压缩变形量、索股在索鞍处切点的变化量、索鞍内索股的伸长量等多个参数放在同一个计算模型中,通过渐进式逐点平衡迭代主缆找形计算方法来确定主缆的成桥状态和空缆状态及任意施工荷载下的施工状态,逐步提高计算精度,并且计算速度快,容易收敛。本发明能够模拟索鞍的水平位移、主缆切点的变化对主缆线形的影响,计算索股与索鞍槽的摩擦力影响,对鞍槽内主缆的伸长量进行修正,获得更加精确的主缆成桥线形和索鞍预偏量和散索鞍预偏量。
本发明授权一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法在权利要求书中公布了:1.一种悬索桥缆索系统的精细化计算方法,已知主跨跨径、边跨跨径、锚跨跨径、索塔高、锚跨高、主缆矢高、吊杆的横坐标、吊杆力、主缆面积、弹性模量、单位长度重量;其特征在于,通过渐进式逐点平衡迭代主缆找形计算方法来确定主缆的成桥状态,包括步骤如下: 1以索鞍、散索鞍IP点为基准建立主缆计算模型,主缆只承受吊杆力作用,采用逐点平衡迭代方法,依次对主跨各节点、边跨各节点、锚跨各节点逐个迭代,以主缆水平分力相等为控制原则,主跨矢高达到设计值为收敛条件,进行主缆的找形计算,得到C1成桥状态;具体步骤如下: S1、进行主跨计算:将主跨吊杆力和各跨节点所在位置横坐标代入公式1,计算主跨主缆IP点的竖向力Ry; 式中,Pi为成桥状态各节点力;Sm为主跨跨径;xi为各跨节点横坐标,i=0,1,…,n,n为所在跨内节点的最大编号;Pi为成桥状态各节点力,i=1,2,…,n; S2、估算主跨主缆力的水平分力H0并代入公式2中求出主跨主缆IP点处主缆的角度系数α0: α0=-RyH02 S3、利用公式3、4,计算主跨主缆各节点的y坐标和相对应的角度系数; yi=yi-1+αi-1xi-xi-13 αi=αi-1+PiH04 式中,i=1,2,…,n; S4、计算主缆跨中线形与成桥状态跨中垂度f的偏差dy: dy=f-|ymiddle| 式中,f为主缆矢高;ymiddle是主缆跨中的y坐标;如果dy的绝对值大于0.5mm,则改变H0的大小,返回到S2重新计算,直到满足|dy|0.5mm后退出主跨线形迭代计算; S5、进行边跨计算:将边跨吊杆力和各跨节点所在位置横坐标代入公式1,将公式1中的主跨跨径Sm替换为边跨跨径Ss,计算主缆在散索鞍IP点的竖向力Rsy; S6、以S1-S4迭代计算得到的主跨主缆力的水平分力H0作为平衡条件,代入公式5中求出边跨主缆IP点处主缆的角度系数αs0: αs0=RsyHs05 S7、同样,利用公式3、4,计算边跨主缆各节点的y坐标和相对应的角度系数; S8、计算边跨主缆端点坐标与成桥状态的偏差dys: dys=c-|ys| 式中,c是索塔的高度;ys是边跨主缆端点的y坐标;如果dys的绝对值大于0.5mm,则改变αs0的大小,返回到S7重新计算,直到满足|dys|0.5mm,退出边跨主缆线形计算; S9、进行锚跨计算:按照S5-S7的计算步骤,对锚跨进行迭代计算,得到锚跨主缆各节点的y坐标和相对应的角度系数; S10、计算锚跨主缆端点坐标与成桥状态的偏差dya: dya=h-|ya| 式中,h是主缆理论锚固点与散索鞍IP点间的高度;ya是锚跨主缆端点的y坐标;如果dya的绝对值大于0.5mm,则改变αa0的大小,返回到S9重新计算,直到满足|dya|0.5mm,退出锚跨主缆线形计算,得到C1成桥状态; 2根据成桥状态C1获得的各段主缆长度计算主缆的自重,与吊杆力叠加后作为新的节点荷载,再重复步骤1的计算,得到C2成桥状态;按下面步骤进行: S11、求出每段主缆长度li和应变量εi:根据计算得到的各段主缆长度计算各段主缆的自重,按公式6与吊杆力叠加得到新的吊杆力,再重复S1-S10的计算过程,得到C2成桥状态; P′i=Pi+0.5qli+li+16 式中,q是单位长度主缆的重量; 3分别计算索鞍和散索鞍处主缆的切点的坐标,并以此为基准重新确定各跨跨径、主缆的矢高,建立新的主缆计算模型,采用步骤2中的新的节点荷载,再次进行逐点平衡迭代计算,得到C3成桥状态;具体步骤如下: S12、根据将S11得到的C2成桥状态下的主跨和边跨靠近索鞍IP点的第一个节点的坐标xa,ya、xb,yb计算出索鞍圆心的坐标为xc,yc,索鞍圆弧切点坐标为xt1,yt1、xt2,yt2,弧外弦长为La、Lb; 式中,r为索鞍理论半径; S13、假设主缆与索鞍鞍槽间的摩擦系数为μ,计算索鞍内圆弧部分主缆的弹性伸长引起索鞍两侧第一对节点和索鞍切点变化后的坐标; 式中,A为主缆面积,E为弹性模量; S14、分别将S11步得到的C2成桥状态下的边跨和锚跨靠近散索鞍IP点的第一个节点的坐标xa1,ya1、xb1,yb1代入公式7-12中,计算出散索鞍圆心的坐标为xc1,yc1,散索鞍圆弧切点坐标为xt3,yt3、xt4,yt4,弧外弦长La1、Lb1; S15、采用S13的方法,计算考虑摩擦力影响下,散索鞍两侧切点的变化; S16、按公式16修正主跨主缆两个端节点的坐标和主跨跨径; 为xn修正前的值; S17、在以散索鞍IP点为原点的坐标系中,按公式17修正边跨主缆两个端节点的坐标、边跨跨径、塔高; 分别为yn、Ss修正前的值; S18、按公式18修正锚跨主缆位于散索鞍处端节点的坐标、锚跨跨径、锚跨高; h0分别为Sa、h修正前的值; S19、采用修正后的设计参数,重新计算S1-S11的步骤,得到考虑索鞍、散索鞍的C3成桥状态。
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