懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)和施工監(jiān)控領(lǐng)域，涉及一種懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè) 量坐標(biāo)修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 懸索橋的跨越能力在常見(jiàn)橋型中獨(dú)占鰲頭。隨著橋梁設(shè)計(jì)和施工水平的不斷提 高，懸索橋跨度記錄不斷被刷新，如已建成的日本明石海峽大橋（主跨1991m)和中國(guó)西堠 門(mén)大橋（主跨1665m)，以及正在施工的意大利墨西拿海峽大橋（主跨3300m)和中國(guó)的楊泗 港長(zhǎng)江大橋（主跨1700m)。懸索橋的長(zhǎng)大化發(fā)展導(dǎo)致結(jié)構(gòu)輕柔化，因此對(duì)風(fēng)荷載作用越來(lái) 越敏感，尤其在施工階段。
[0003] 在懸索橋施工過(guò)程中，對(duì)加勁梁坐標(biāo)的準(zhǔn)確測(cè)量是施工監(jiān)控的一項(xiàng)重要內(nèi)容，因 為它涉及到橋梁的施工質(zhì)量和成橋線形。為避免風(fēng)致變形引起的測(cè)量誤差，測(cè)量時(shí)間一般 選擇在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的時(shí)段。但是在沿海地區(qū)和山區(qū)峽谷地帶，常年風(fēng)速都很大。由于加勁 梁坐標(biāo)測(cè)量頻度高，如果等待無(wú)風(fēng)或微風(fēng)時(shí)段，將導(dǎo)致施工工期的延長(zhǎng)，延誤通車(chē)時(shí)間。
[0004] 因此，需要一種考慮風(fēng)致變形的加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中在懸索橋施工過(guò)程中，對(duì)加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正 不方便的缺陷，提供一種考慮風(fēng)致變形的懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修 正方法采用如下技術(shù)方案：
[0007] 一種懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法，所述懸索橋包括橋塔、吊桿和 主纜，包括以下步驟：
[0008] 1)、根據(jù)橋位地形確定地表粗糙度系數(shù)y ;
[0009]2)、識(shí)別出橋梁加勁梁斷面的三分力系數(shù)以及橋塔、吊桿和主纜的阻力系數(shù)；
[0010]3)、在橋塔頂部安裝風(fēng)速測(cè)試儀，測(cè)量橋塔頂部的風(fēng)速、風(fēng)攻角和風(fēng)向角；
[0011] 4)、測(cè)量加勁梁坐標(biāo)（Xy Yy ZJ，并同步記錄橋塔頂部的風(fēng)速U、風(fēng)攻角a ^和風(fēng)向 角0 ;5)、利用下式將風(fēng)速U分解并利用指數(shù)型風(fēng)速剖面求得加勁梁處的縱橋向風(fēng)速USi和 橫橋向風(fēng)速u(mài)Hi:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法，所述懸索橋包括橋塔、吊桿和主 纜，其特征在于，包括以下步驟： 1) 、根據(jù)橋位地形確定地表粗糙度系數(shù)y; 2) 、識(shí)別出橋梁加勁梁斷面的三分力系數(shù)以及橋塔、吊桿和主纜的阻力系數(shù)； 3)、在橋塔頂部安裝風(fēng)速測(cè)試儀，測(cè)量橋塔頂部的風(fēng)速、風(fēng)攻角和風(fēng)向角； 4) 、測(cè)量加勁梁坐標(biāo)（Xci,Yci,Zci),并同步記錄橋塔頂部的風(fēng)速U、風(fēng)攻角a^和風(fēng)向角 5)、利用下式將風(fēng)速U分解并利用指數(shù)型風(fēng)速剖面求得加勁梁處的縱橋向風(fēng)速Usi和橫 橋向風(fēng)速UHi:
式中，Usi為加勁梁處的縱橋向風(fēng)速，Um為加勁梁處的橫橋向風(fēng)速，Hi為加勁梁的高度，Ht為橋塔頂部的高度，U為橋塔頂部的風(fēng)速，Y為地表粗糙度系數(shù)，0為橋塔頂部的風(fēng)向 角； 6) 、計(jì)算縱橋向風(fēng)速引起的作用在加勁梁上的摩擦力： F=nSLUsi 式中，n為摩擦系數(shù)；s為加勁梁截面周長(zhǎng)；L為加勁梁長(zhǎng)度；Usi為加勁梁處的順橋向 風(fēng)速； 7)、分別計(jì)算縱橋向風(fēng)速和橫橋向風(fēng)速作用在主纜、橋塔和吊桿上的阻力： Dsi= pU2CH(0)w/2 Dai= pU2Cv(0)w/2 式中，Dsi和Dm分別表示橋塔、吊桿或主纜的順橋向阻力和橫橋向阻力；CH(0)和cv(e)分別表示橋塔、吊桿或主纜的順橋向阻力系數(shù)和橫橋向阻力系數(shù)；W表示主纜、橋塔 或吊桿的寬度；P為空氣密度，0為橋塔頂部的風(fēng)向角； 8) 、建立橋梁的有限元模型，在自重作用下非線性求解，提取各加勁梁?jiǎn)卧まD(zhuǎn)角，計(jì) 算該狀態(tài)下的三分力系數(shù)，此時(shí)，加勁梁的有效攻角均等于初始攻角aM 9)、計(jì)算在橫橋向風(fēng)速引起的作用在加勁梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的橫向風(fēng)荷載Ph、豎向風(fēng)荷載Pv 和扭轉(zhuǎn)力矩PM:
式中，〇1(〇)、(；（(1)、(^((1)分別表示在有效攻角下加勁梁的阻力、升力、升力矩系數(shù)， 所謂有效攻角是指靜風(fēng)初始攻角與靜風(fēng)作用引起的加勁梁扭轉(zhuǎn)角之和；h和b分別表示加 勁梁的側(cè)向投影高度和寬度；P為空氣密度；UHi為橫橋向風(fēng)速； 10) 、在橋梁各單元上施加步驟6)、步驟7)和步驟9)計(jì)算的靜風(fēng)荷載，采用牛頓迭代法 進(jìn)行結(jié)構(gòu)幾何非線性求解，獲得收斂解； 11) 、提取橋梁加勁梁各單元扭轉(zhuǎn)角，檢查扭轉(zhuǎn)角的歐幾里得范數(shù)是否小于允許誤差 ek;其中，所述的扭轉(zhuǎn)角的歐幾里得范數(shù)用下式表達(dá)：
式中，Na為加勁梁?jiǎn)卧倲?shù)；0為扭轉(zhuǎn)角；i為當(dāng)前荷載步編號(hào)；j為梁?jiǎn)卧蛱?hào)；ek 為允許誤差； 12) 、如果歐幾里得范數(shù)大于允許誤差ek，則重復(fù)步驟9)-11);如果歐幾里得范數(shù)小于 等于允許誤差ek，說(shuō)明本級(jí)風(fēng)速計(jì)算結(jié)果收斂，輸出測(cè)量點(diǎn)的位移值（xwind，ywind，zwind); 13) 、在坐標(biāo)測(cè)量值中將步驟12)計(jì)算得到的測(cè)量點(diǎn)的位移值扣除： ^real^O-^wind Yreal YO^wind Zreal - ^ O ^wind 即得到真實(shí)的加勁梁測(cè)量坐標(biāo)（XMal，YMal，Zzreal)。
2.如權(quán)利要求1所述的懸索橋施工過(guò)程中加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法，其特征在于，步 驟2)所述的橋梁加勁梁斷面的三分力系數(shù)以及橋塔、吊桿和主纜的阻力系數(shù)基于計(jì)算流 體力學(xué)或風(fēng)洞試驗(yàn)得到。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種懸索橋施工過(guò)程中考慮風(fēng)致變形的加勁梁測(cè)量坐標(biāo)修正方法，首先測(cè)量出含有風(fēng)致變形的加勁梁坐標(biāo)，并同步測(cè)試橋位風(fēng)速、風(fēng)攻角和風(fēng)向角。利用指數(shù)型風(fēng)剖面函數(shù)求得各點(diǎn)的風(fēng)速，并將風(fēng)速分解成橫橋向風(fēng)速和縱橋向風(fēng)速。將加勁梁、橋塔、主纜和吊桿風(fēng)荷載施加在有限元模型上，并計(jì)算出風(fēng)致變形值；將其在加勁梁坐標(biāo)測(cè)量值中扣除，即可獲得零風(fēng)速時(shí)的加勁梁坐標(biāo)，即真實(shí)的加勁梁坐標(biāo)。通過(guò)該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸索橋加勁梁坐標(biāo)測(cè)量值進(jìn)行風(fēng)致變形的修正，因此測(cè)量坐標(biāo)不用再等待無(wú)風(fēng)或微風(fēng)時(shí)段，可以避免延誤工期。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104715149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510113238
【發(fā)明人】張文明
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日