(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210480533.9 (22)申请日 2022.05.05 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 张文明　常佳琦　刘钊　王景全　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 石艳红 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) E01D 11/02(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种悬索桥主缆线形及吊杆力的识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种悬索桥主缆线形及吊杆 力的识别方法， 包括如下步骤： 首先测量初始状 态中的主梁线形、 主缆最低点高程、 塔顶高程和 纵桥向位置， 并分析初始状态中的主缆和主梁； 然后在跨中附近加载， 测量变形后状态中的主梁 线形和塔顶纵桥向位置， 获得各个下吊点的挠度 和桥塔的侧移量， 并分析变形后状态中的主梁和 主缆； 再以分裂迭代法求解由活载引起的吊杆力 增量； 接着， 根据各跨跨径及高差闭合、 各段主 缆 的无应力长度守恒、 各根吊杆的力与变形协调来 建立控制方程组， 并利用规划求解方法求解用于 表述变形前后结构状态的参数， 从而确定悬索桥 主缆线形及吊杆力。 本发明基于对构件的静态受 力分析， 实用性强， 可用于悬索桥的结构状态评 估。 权利要求书6页 说明书14页 附图2页 CN 114896661 A 2022.08.12 CN 114896661 A 1.一种悬索桥主缆线形及吊杆力的识别方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1、 建立初始状态主缆线形参数方程： 设主缆具有左塔顶点、 右塔顶点和设置两者 之间的n个吊点， 吊点编号 从左至右分别为1、 2、 3、 ……、 i、……、 n； 其中， 最低吊点编号为m， 1≤i≤n， 1＜m＜n； 则左塔顶点与第1个吊点之间、 相邻吊点之间、 以及第n吊点和右塔顶点 之间， 各形成一段悬链线， 从而共具有n+1段悬链线； 悬链线的编号从左至右分别为1、 2、 3、……、 i、……、 n、 n+1； 初始状态主缆线形参数包括第i段悬链线左右端点的高差Δhi、 第i 吊点在大地坐标系中的高程 以及第i段悬链线的无应力长度Si； n个吊点各通过一根吊 杆与主梁相连接， 设第i根吊杆的吊杆力为Pi， 主缆水平分力为H， 且Pi和H均为待求解的基本 未知量； 根据分段 悬链线理论， 将Δ hi、 和Si均建立为关于Pi和H的参数方程； 步骤2、 主缆变形： 将已知重量的重载卡车驶上悬索桥并停泊在跨中附近， 或在跨中附 近堆载； 步骤3、 建立变形后主缆线形参数方程： 变形后主缆线形参数包括第i段悬链线左右端 点的高差Δhi′、 第i吊点在大地坐标系中的高程 以及第i段悬链线的无应力长度Si′； 设 主缆变形后水平分力为H ′， 第i段悬链线变形后的水平 投影长度为li′， 且H′和li′均为待求 解的基本未知量； 同时， 主缆变形后， 第i 根吊杆的吊杆力为Pi′， 则 Pi′＝Pi+ΔPi      (3‑1a) ΔPi为第i根吊杆的吊杆力增量， 为待求 解中间变量； 根据分段 悬链线理论， 将Δ hi′、 和Si′均建立为关于li′、 Pi、 ΔPi和H′的参数方程； 步骤4、 采用分裂迭代法求 解ΔPi； 步骤5、 确定2n+5个基本未知量， 分别为n+2个初始状态基本未知量和n+3个变形后基本 未知量； n+2个初始状态基本未知量分别为： 第1段悬链线参数a1、 主缆水平分力H、 以及n根 吊杆的吊杆力P1、 P2、……、 Pi、……、 Pn； n+3个变形后基本 未知量分别为： 第1段变 形后悬链线参数a1′、 主缆变形后水平分力H ′、 以及n+1段 悬链线变形后的水平投影长度l1′、 l2′、……、 li′、……、 ln′、 ln+1′； 步骤6、 建立2n+5个控制方程： 根据各跨跨径及高差闭合、 各段悬链线 的无应力长度守 恒、 以及各根吊杆的力与变形协调， 进而建立关于包含步骤5中确定的2 n+5个基本未知量的 2n+5个控制方程； 步骤7、 求解2n+5个基本未知量： 利用规划求解方法对步骤6建立的2n+5个控制方程进 行求解， 从而一次性得到2n+5个 基本未知量的值； 步骤8、 确定吊杆力和初始状态主缆线形： 根据步骤7中求解后2n+5个基本未知量中的 P1、 P2、……、 Pi、……、 Pn， 直接得到n 根吊杆的吊杆力； 将n根吊杆的吊杆力、 第1段悬链线参数a1和主缆水平分力H均代入步骤1建立的初始状 态主缆线形参数 方程中， 从而得到 和Si， 进而确定初始状态主缆线形。 2.根据权利要求1所述的悬索桥主缆线形及吊杆力的识别方法， 其特征在于： 步骤6中 2n+5个控制方程的建立方法， 包括如下步骤： 步骤61、 在主缆初始状态， 根据 “塔顶与主缆最低点高差闭合 ”、“两塔顶高差闭合 ”两个 条件建立如下的2个控制方程：权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114896661 A 2式中， YA为左塔顶点在大地 坐标系中的高程， 为已知量； YB为右塔顶点在大地 坐标系中的高程， 为已知量； 为主缆中最低吊点在大地 坐标系中的高程， 为已知量； 步骤62、 在主缆变形后， 根据 “跨径闭合 ”、“两塔顶高差闭合 ”两个条件建立如下的2个 控制方程： 式中， ΔA为左塔顶点在纵桥向的偏移量， 为测量 值； ΔB为右塔顶点在纵桥向的偏移量， 为测量 值； 步骤63、 根据初始状态和变形后各段悬链线的无应力长度守恒， 建立如 下的n+1个控制 方程： Si＝Si′,1≤i≤n+1        (6‑5) 步骤64、 根据吊杆在受力变化前后的力 ‑变形协调， 建立如下的n个控制方程： 其中， 式中， lh,i为初始状态中第i 根吊杆的长度； Δlh,i为第i根吊杆在变形 前后的长度变化 量； Eh为吊杆的弹性模量， 已知量； Ah为吊杆的横截面积， 已知量； 为初始状态主梁中第i个吊点在大地 坐标系中的高程， 已知量。 3.根据权利要求1所述的悬索桥主缆线形及吊杆力的识别方法， 其特征在于： 步骤7中， 利用规划求 解方法求 解2n+5个 基本未知量的方法， 包括如下步骤： 步骤71、 建立误差函数方程fu： 误差函数方程fu为步骤6中第u个控制方程中等号左右两 端的差值； 其中， 1≤u≤2n+5； 步骤72、 建立如下的目标函数： 步骤73、 在使步骤72建立的目标函数无限接近0的前提下， 利用非线性GRG法对目标函权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114896661 A 3