一种斜拉桥张拉端锚杯长度设计方法与流程

本发明涉及大跨度桥梁设计与施工领域，具体涉及一种斜拉桥张拉端锚杯长度设计方法。

背景技术：

1、目前，铁路运输的高速化对大跨度斜拉桥线路平顺性提出了严格的要求。因此，斜拉桥成桥高程能否有效控制在理想区间内是影响高速列车运行时速的关键因素。

2、受限于施工与测量过程中的一系列原因，斜拉桥实际成桥后的各项参数都会不可避免地与设计参数存在误差，继而导致斜拉桥的实际成桥高程与设计阶段的计算结果之间产生一定的偏差。从成桥后的主梁线形上来看，梁段可能出现上拱或下挠的现象，进而影响斜拉桥成桥验收。特别是对于铁路斜拉桥而言，过大的成桥高程偏差甚至会导致线形无法满足铺轨要求。而且，斜拉桥的跨度越大，各项误差对成桥高程的累计影响将更加明显。所以，必须要采取措施对斜拉桥成桥高程进行控制。

3、斜拉桥成桥后，线形修正可以通过调节张拉端锚杯螺母和调整二期恒载来实现。调整二期恒载的方式需要在主梁上预留重量修正槽道，大部分桥梁因空间有限，槽道预留难度大。而调节张拉端锚杯螺母即可实现斜拉索的放松与张拉，其适用性较高。

4、相关技术中，一般根据规范选取张拉端锚杯长度。但从施工可行性的角度，锚杯长度应该尽量做短，否则不利于安装。而从修正斜拉桥成桥高程的角度，锚杯长度过短又会导致斜拉桥成桥高程难以修正到位。因此，张拉端锚杯长度设计不合理时会难以兼顾安装可行性和成桥高程调整能力。

技术实现思路

1、本技术提供一种斜拉桥张拉端锚杯长度设计方法，可以解决相关技术中根据规范选取张拉端锚杯长度导致锚杯长度不合理时难以兼顾安装可行性和成桥高程调整能力的技术问题。

2、本技术实施例提供一种斜拉桥张拉端锚杯长度设计方法，包括以下步骤：

3、建立斜拉桥的成桥有限元模型；

4、分析引起成桥线形偏差的误差，基于所述成桥有限元模型获取各类误差引起的成桥线形偏差样本；

5、对所述成桥线形偏差样本进行索长优化，以获取所述斜拉桥中斜拉索的索长放松量设计值lsd与张拉量设计值lzd；

6、基于所述斜拉索的索长放松量设计值lsd与张拉量设计值lzd，确定所述斜拉桥张拉端锚杯长度l。

7、在一种实施方式中，所述基于所述斜拉索的索长放松量设计值lsd与张拉量设计值lzd，确定所述斜拉桥张拉端锚杯长度l包括：

8、确定所述锚杯的空腔长度lk和螺母的高度lm；

9、计算所述张拉端锚杯长度l；

10、计算公式为：l＝lk+lsd+lm+lzd。

11、在一种实施方式中，所述分析引起成桥线形偏差的误差，基于所述成桥有限元模型获取各类误差引起的成桥线形偏差样本包括：

12、分析引起成桥线形偏差的误差，确定所述误差的范围，所述误差包括结构重量误差、塔梁索刚度误差以及钢梁节段制造误差；

13、将所述结构重量误差施加至成桥状态的所述成桥有限元模型，以得到所述结构重量误差引起的成桥线形上拱偏差{y1s}与下挠偏差{y1x}；

14、将所述塔梁索刚度误差施加至成桥状态的所述成桥有限元模型，以得到所述塔梁索刚度误差引起的成桥线形上拱偏差{y2s}与下挠偏差{y2x}；

15、根据所述钢梁节段制造误差的误差分布进行n组蒙特卡洛抽样，基于所述成桥有限元模型计算，以得到n组钢梁节段制造误差引起的成桥线形偏差{yli}(i＝1～n)；

16、获取n组上拱总偏差样本{ysi}与n组下挠总偏差样本{yxi}，作为所述成桥线形偏差样本；

17、计算公式为：

18、{ysi}＝{y1s}+{y2s}+{yli}(i＝1～n)；

19、{yxi}＝{y1x}+{y2x}+{yli}(i＝1～n)。

20、在一种实施方式中，对所述误差的设计值和实际值进行归纳统计，以确定所述误差的范围。

21、在一种实施方式中，所述根据所述钢梁节段制造误差的误差分布进行n组蒙特卡洛抽样，基于所述成桥有限元模型计算，以得到n组钢梁节段制造误差引起的成桥线形偏差{yli}(i＝1～n)包括：

22、每个所述钢梁节段制造误差视为相互独立的变量，服从正态分布；

23、对所述钢梁节段制造误差进行n组蒙特卡洛抽样，得到n个钢梁节段制造误差组合；

24、基于所述成桥有限元模型对所述n个钢梁节段制造误差组合进行计算，以得到n组钢梁节段制造误差引起的成桥线形偏差{yli}(i＝1～n)。

25、在一种实施方式中，所述对所述成桥线形偏差样本进行索长优化，以获取所述斜拉桥中斜拉索的索长放松量设计值lsd与张拉量设计值lzd包括：

26、对某组所述成桥线形偏差样本求解索长调整量，以得到某根所述斜拉索的索长放松量ls和索长张拉量lz；

27、确定索长制造误差引起的索长偏差量ll；

28、获取该根所述斜拉索的索长放松量设计值lsd与张拉量设计值lzd；

29、计算公式为：lsd＝ls+ll；lzd＝lz+ll。

30、在一种实施方式中，所述对某组所述成桥线形偏差样本求解索长调整量，以得到某根所述斜拉索的索长放松量ls和索长张拉量lz包括：

31、基于所述成桥有限元模型，计算得到单位索长对成桥线形的影响矩阵[as]；

32、对某组所述成桥线形偏差样本求解索长调整量，以得到某根所述斜拉索n个索长放松量与n个索长张拉量；

33、对该根所述斜拉索n个索长放松量与n个索长张拉量分别进行正态分布拟合，以满足设定保证率的最大值作为该根斜拉索的索长放松量ls和张拉量lz。

34、在一种实施方式中，所述对某组所述成桥线形偏差样本求解索长调整量，以得到某根所述斜拉索n个索长放松量与n个索长张拉量包括：

35、确定目标函数，给定约束上限{ub}和约束下限{lb}；

36、创建主梁线形控制方程，所述主梁线形控制方程为：{lb}≤[as]{x}-{ys/xi}≤{ub}；

37、其中，{ysi}为成桥线形偏差样本中上拱总偏差样本，{yxi}为成桥线形偏差样本中下挠总偏差样本；

38、以所述目标函数最小时对应的{x}为满足条件的索长调整量，即某根所述斜拉索n个索长放松量与n个索长张拉量。

39、在一种实施方式中，所述设定保证率为95％以上。

40、在一种实施方式中，对所述索长制造误差的设计值和实际值进行归纳统计，以确定所述索长偏差量。

41、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

42、本技术提供一种斜拉桥张拉端锚杯长度设计方法，考虑了误差对斜拉桥成桥线形的影响，通过成桥有限元模型获取各类误差引起的成桥线形偏差样本，再进行索长优化以确定索长放松量和张拉量设计值，以此为基础确定张拉端锚杯长度，为合理设计张拉端锚杯长度提供依据，兼顾了张拉端锚杯的安装可行性和成桥高程调整能力，解决了斜拉桥成桥后线形修正不到位的问题。