一种空间缆找形的混合方法及装置

1.一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，具体包括以下步骤：基于主缆左侧节点坐标、主缆右侧节点坐标，以及给定的矢跨比，计算得到跨中点的竖坐标目标值；采用解析法进行缆索系统的成桥找形，根据给定的矢跨比，迭代得到主缆线形、各索段的无应力长度以及吊索的无应力长度；根据计算得到的主缆线形和各索段的无应力长度，建立第一有限元模型以计算主缆各节点的空缆坐标；基于第一有限元模型计算得到的主缆各节点的空缆坐标，建立第二有限元模型；对第二有限元模型进行非线性计算，得到跨中点的位移，并叠加主缆变形前的跨中点坐标，得到变形后的新跨中点坐标；基于新跨中点坐标计算得到新矢跨比，并根据新矢跨比再次重复计算，再次计算得到变形后的新跨中点坐标；基于再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，再次计算得到新矢跨比，并根据再次计算得到新矢跨比再次重复计算，再一次计算得到变形后的新跨中点坐标；根据再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，和再一次计算得到的变形后的新跨中点坐标，以判断是否中止计算。 2.如权利要求1所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述计算得到跨中点的竖坐标目标值，具体的计算方式为：Y c ＝(Y k-1 +Y 0 )/2-(X k-1 -X 0 )λ其中，Y c 表示跨中点的竖坐标目标值，λ表示给定的矢跨比，主缆左侧节点坐标为(X 0 、Y 0 、Z 0 )，主缆右侧节点坐标为(X k-1 、Y k-1 、Z k-1 )，k表示主缆节点总数。 3.如权利要求2所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述采用解析法进行缆索系统的成桥找形，根据给定的矢跨比，迭代得到主缆线形、各索段的无应力长度以及吊索的无应力长度，其中，迭代的具体步骤包括：令λ 0 ＝λ，计算得到跨中点的竖坐标新目标值，计算方式为：Y c0 ＝(Y k-1 +Y 0 )/2-(X k-1 -X 0 )λ 0 ；根据主缆左端的纵向分力F XL 、竖向分力F YL 、横向分力F ZL ，以及主缆在水平面内投影长度L 0 ，由平面悬链线方程并采用牛顿法迭代得到主缆首节索段左右两点间的高差H 0 和无应力索长S，其中，主缆在水平面内投影长度 主缆左端的纵向分力F XL ＝P Z /λ/8，主缆左端的竖向分力F YL ＝P Z /2，主缆左端的横向分力F ZL ＝F XL (Z b -Z 0 )/(X b -X 0 )，P Z 表示吊索下端竖向力总和，Z b 表示跨中吊索下端主梁的横坐标，X b 表示跨中吊索下端主梁的纵坐标；由力的平衡条件计算得到主缆首节索段右端点处的三向力(F XR 、F YR 、F ZR )，并由高差H 0 和夹角β L ，计算得到主缆首节索段右端点的坐标(X 1 、Y 1 、Z 1 )，其中：F XR ＝-F XLF YR ＝-F YL +SωF ZR ＝-F ZLβ L ＝arctan(F ZR /F XR )其中，ω表示主缆材料每延米重量；基于主缆首节索段右端点的坐标(X 1 、Y 1 、Z 1 )，以及已知的吊索下端点坐标(X d 、Y d 、Z d )和吊索端竖向力Q，采用柔性迭代法得到吊索的无应力长度S d ，由力的平衡条件得到吊索上端三向力(F Xd 、F Yd 、F Zd )；将主缆首节索段右端点处的三向力(F XR 、F YR 、F ZR )，和吊索上端三向力(F Xd 、F Yd 、F Zd )叠加，更新(F XL 、F YL 、F ZL )，然后进行下一节索段的迭代，直至全部索段计算完成，得到主缆最右侧节点的竖坐标Y mR 和横坐标Z mR ，以及主缆跨中点竖坐标Y mc ；基于得到的主缆最右侧节点的竖坐标Y mR 和横坐标Z mR ，及主缆跨中点竖坐标Y mc 与目标值间的差值，若不满足精度条件则再次计算得到主缆最右侧节点的竖坐标和横坐标，及主缆跨中点竖坐标，并得到影响矩阵；基于影响矩阵对主缆首节索段左端点处的三向力进行修正，然后继续计算得到主缆最右侧节点坐标和主缆跨中点竖坐标，直至满足精度条件；基于主缆各节点坐标确定主缆线形，并得到主缆各索段以及各吊索的无应力长度。 4.如权利要求3所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述基于得到的主缆最右侧节点的竖坐标Y mR 和横坐标Z mR ，及主缆跨中点竖坐标Y mc 与目标值间的差值，若不满足精度条件则再次计算得到主缆最右侧节点的竖坐标和横坐标，及主缆跨中点竖坐标，并得到影响矩阵，具体步骤包括：基于计算得到的主缆最右侧节点的竖坐标Y mR 和横坐标Z mR ，及主缆跨中点竖坐标Y mc 与目标值间的差值，即ΔY mR ＝Y mR -Y k-1 ，ΔZ mR ＝Z mR -Z k-1 ，ΔY mc ＝Y mc -Y c0 ：若 小于给定限值，则结束；若 不小于给定限值，则对于主缆首节索段左端点处的三向力(F xL 、F yL 、F zL )，依次取主缆首节索段左端点处的三向力为(F xL +1、F yL 、F zL )、(F xL 、F yL +1、F zL )、(F xL 、F yL 、F zL +1)，再次计算得到主缆最右侧节点的竖坐标和横坐标，及主缆跨中点竖坐标，得到3组新的结果，分别为(Y mR1 、Z mR1 、Z mc1 )、(Y mR2 、Z mR2 、Z mc2 )、(Y mR3 、Z mR3 、Z mc3 )，进而得到影响矩阵；其中，影响矩阵表示为： 5.如权利要求4所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述基于影响矩阵对主缆首节索段左端点处的三向力进行修正，然后继续计算得到主缆最右侧节点坐标和主缆跨中点竖坐标，直至满足精度条件，具体为：采用影响矩阵对主缆首节索段左端点处的三向力进行修正，即：其中，(ΔF xL 、ΔF yL 、ΔF zL )表示修正后的主缆首节索段左端点处的三向力；得到F xL +ΔF xL 、F yL +ΔF yL 、F zL +ΔF zL ，作为新的迭代初值，然后继续计算得到主缆最右侧节点的竖坐标和横坐标，及主缆跨中点竖坐标，直至 小于给定限值，则终止迭代。 6.如权利要求5所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述根据计算得到的主缆线形和各索段的无应力长度，建立第一有限元模型以计算主缆各节点的空缆坐标，具体步骤包括：根据计算得到的主缆各节点坐标和各索段的无应力长度，建立第一有限元模型，其中，主缆各节点作为有限元模型的节点，索段作为有限元模型的单元，单元采用悬链线索单元，赋予对应的无应力长度值，第一有限元模型中只有主缆没有吊索，主缆两端固结，通过第一有限元模型计算主缆的空缆线形，即主缆各节点的空缆坐标。 7.如权利要求6所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于，所述基于第一有限元模型计算得到的主缆各节点的空缆坐标，建立第二有限元模型，具体步骤包括：根据第一有限元模型计算的主缆各节点的空缆坐标，更新主缆各节点坐标，得到第一有限元模型变形后坐标，即主缆在空缆下的坐标，根据该坐标建立第二有限元模型，第二有限元模型中采用悬链线索单元建立主缆单元，并赋予对应的无应力长度；建立吊索单元，并赋予对应的无应力长度；建立主缆梁单元，将主缆梁单元和主缆单元重合，得到叠合双单元，并给叠合双单元的截面积赋极小值，且抗扭惯量和抗弯惯量按主缆圆截面计算，并赋予主缆梁单元。 8.如权利要求7所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于：所述对第二有限元模型进行非线性计算，得到跨中点的位移，并叠加主缆变形前的跨中点坐标，得到变形后的新跨中点坐标，具体为，对第二有限元模型进行非线性计算，得到跨中点的位移 并叠加主缆变形前的跨中点坐标，得到变形后的新跨中点坐标 所述基于新跨中点坐标计算得到新矢跨比，并根据新矢跨比再次重复计算，再次计算得到变形后的新跨中点坐标，具体为，基于新跨中点坐标计算得到新矢跨比λ 1 ，并根据新矢跨比再次重复计算，再次计算得到变形后的新跨中点坐标 其中 9.如权利要求8所述的一种空间缆找形的混合方法，其特征在于：所述基于再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，再次计算得到新矢跨比，并根据再次计算得到新矢跨比再次重复计算，再一次计算得到变形后的新跨中点坐标，具体为：基于再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，再次计算得到新矢跨比λ 2 ，并根据再次计算得到新矢跨比再次重复计算，再一次计算得到变形后的新跨中点坐标 其中所述根据再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，和再一次计算得到的变形后的新跨中点坐标，以判断是否中止计算，具体为：若 小于给定限值，则表示满足条件，终止计算；若 不小于给定限值，则继续进行矢跨比和跨中点坐标的计算，直至满足条件。 10.一种空间缆找形的混合装置，其特征在于，包括：计算模块，其用于基于主缆左侧节点坐标、主缆右侧节点坐标，以及给定的矢跨比，计算得到跨中点的竖坐标目标值；迭代模块，其用于采用解析法进行缆索系统的成桥找形，根据给定的矢跨比，迭代得到主缆线形、各索段的无应力长度以及吊索的无应力长度；第一建立模块，其用于根据计算得到的主缆线形和各索段的无应力长度，建立第一有限元模型以计算主缆各节点的空缆坐标；第二建立模块，其用于基于第一有限元模型计算得到的主缆各节点的空缆坐标，建立第二有限元模型；叠加模块，其用于对第二有限元模型进行非线性计算，得到跨中点的位移，并叠加主缆变形前的跨中点坐标，得到变形后的新跨中点坐标；第一执行模块，其用于基于新跨中点坐标计算得到新矢跨比，并根据新矢跨比再次重复计算，再次计算得到变形后的新跨中点坐标；第二执行模块，其用于基于再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，再次计算得到新矢跨比，并根据再次计算得到新矢跨比再次重复计算，再一次计算得到变形后的新跨中点坐标；判断模块，其用于根据再次计算得到的变形后的新跨中点坐标，和再一次计算得到的变形后的新跨中点坐标，以判断是否中止计算。