一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法及装置

1.一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将桥梁主缆吊索体系中的构件分解为左侧受力明确的主缆索段、下端受力明确的吊索、上端与主缆相连点坐标已知的斜置中央扣，以及由主缆索段、吊索和斜置中央扣组成的耦合三元组；基于主缆首节索段左端点的三向分力、主缆首节索段左端点坐标和主缆首节索段右端点纵坐标，计算得到主缆首节索段右端点竖坐标和横坐标、主缆首节索段无应力长度、主缆首节索段右端点的三向分力；基于吊索上端点坐标、吊索下端点坐标和吊索下端竖向力，计算得到吊索上端点的三向力和吊索所在索段的无应力长度；基于斜置中央扣的上端点坐标、斜置中央扣的下端点坐标和斜置中央扣的平均轴拉力，计算得到斜置中央扣上端点的三向力、斜置中央扣下端点的三向力、斜置中央扣所在索段的无应力长度；构建闭环迭代法依次求解主缆左端点的三向分力、主缆右端点的坐标、斜置中央扣下端点的三向力、吊索下端点的三向力、吊索上端点的三向力和主缆左端点的三向分力，形成环，通过迭代直至闭环；将带任意形式中央扣的主缆吊索体系根据杆件特征进行分解，并通过迭代得到主缆各索段、各吊索及斜置中央扣的无应力长度。 2.如权利要求1所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于：所述耦合三元组中，吊索上端与主缆索段左侧相连，主缆索段右侧与斜置中央扣上端相连，吊索下端与斜置中央扣下端相连，吊索的竖向力与斜置中央扣的竖向分力之和已知。 3.如权利要求2所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述基于主缆首节索段左端点的三向分力、主缆首节索段左端点坐标和主缆首节索段右端点纵坐标，计算得到主缆首节索段右端点竖坐标和横坐标、主缆首节索段无应力长度、主缆首节索段右端点的三向分力，具体步骤包括：根据主缆首节索段左端点的纵向分力F xL 、主缆首节索段左端点的竖向分力F yL 、主缆首节索段左端点的横向分力F zL 、主缆首节索段左端点坐标(X 0 、Y 0 、Z 0 )、主缆首节索段右端点纵坐标X 1 ，由空间悬链线方程并采用牛顿法迭代计算得到主缆首节索段右端点的竖向投影长度L y 、横向投影长度L z ，以及主缆首节索段的无应力索长S；根据力的平衡条件计算得到主缆首节索段右端点的三向分力(F xR 、F yR 、F zR )，其中，F xR ＝-F xL ，F yR ＝-F yL +Sω，F zR ＝-F zL ，ω表示主缆材料每延米重量；根据主缆首节索段右端点的竖向投影长度L y 计算得到主缆首节索段右端点的竖坐标Y 1 ，根据主缆首节索段右端点的横向投影长度L z 计算得到主缆首节索段右端点的横坐标Z 1 ，其中，Y 1 ＝Y 0 +L y ，Z 1 ＝Z 0 +L z 。 4.如权利要求3所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述由空间悬链线方程并采用牛顿法迭代计算得到主缆首节索段右端点的竖向投影长度L y 、横向投影长度L z ，以及主缆首节索段的无应力索长S，具体的计算方式为：其中，E表示主缆材料的弹性模量，A表示主缆的截面积。 5.如权利要求3所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述基于吊索上端点坐标、吊索下端点坐标和吊索下端竖向力，计算得到吊索上端点的三向力和吊索所在索段的无应力长度，具体步骤包括：在局部坐标下求吊索的水平投影长度L 0d 和竖直投影长度H 0d ，分别为L 0d ＝(Z 0d -Z 1d )/cos(arctan((X 0d -X 1d )/(Z 0d -Z 1d )))，H 0d ＝Y 0d -Y 1d ，其中，吊索上端点坐标为(X 0d 、Y 0d 、Z 0d )，吊索下端点坐标为(X 1d 、Y 1d 、Z 1d )，吊索下端竖向力为P d ；计算初始的无应力长度S d0 ， 并令S d1 ＝S d0 ，S d2 ＝1.001*S d0 ；给吊索无应力长度S d 赋值，S d ＝S d1 ；计算吊索上端初始的水平力F h0 和吊索上端初始的竖向力F v0 ，计算方式为：其中，ω d 表示吊索容重；计算吊索下端水平力F hd 和吊索下端竖向力F vd ，计算方式为：F hd ＝-F h0F vd ＝-F v0 +ω d S d ；计算得到吊索的新水平投影长度L 1d 和新竖直投影长度H 1d ，计算方式为：其中，E d 表示斜杆材料的弹性模量，A d 表示斜杆截面积；基于水平投影和竖向投影差以判断是否结束迭代，对于水平投影差ΔL d ＝L 0d -L 1d ，竖向投影差ΔH d ＝H 0d -H 1d ，若ΔL d 和ΔH d 的绝对值均小于给定限值，则停止迭代，反之则进行后续步骤；所述后续步骤为：计算修正用的柔性系数a 1 ～a 3 ，并计算迭代初值修正值，具体的，先求解中间系数b 1 ～b 3 ：再计算柔性系数a 1 ～a 3 ：计算迭代初值修正值ΔF h0 和ΔF v0 ，ΔF h0 ＝a 1 ΔL d +a 2 ΔH d ，ΔF v0 ＝a 2 ΔL d +a 3 ΔH d ；基于迭代初值修正值进行修正，得到修正的初始水平力F h0 和竖向力F v0 ，F h0 ＝F h0 +ΔF h0 ，F v0 ＝F v0 +ΔF v0 ；计算吊索下端点的竖向力f 1 ，f 1 ＝F vd ；重新给吊索无应力长度S d 赋值，S d ＝S d2 ，再次计算得到新的吊索下端点的竖向力f 2 ，f 1 ＝F vd ；再次更新吊索的无应力长度S d ，S d ＝S d2 +(P d -f 2 )(S d2 -S d1 )/(f 2 -f 1 )，并再次计算得到吊索新平均拉力f 0 ，f 0 ＝F vd ，P d 为吊索下端点竖向力目标值；判断是否收敛，计算abs((S d2 -S d1 )/S d2 )，若计算得到的值小于给定限值，则停止迭代，反之则更新S d1 和S d2 ，即S d1 ＝S d2 ，S d2 ＝S d ；计算整体坐标系下的吊索上端力(F xd ,F yd ,F zd )，F xd ＝F h0 cos(arctan((X 0d -X 1d )/(Z 0d -Z 1d )))，F yd ＝F v0 ，F zd ＝F h0 sin(arctan((X 0d -X 1d )/(Z 0d -Z 1d )))。 6.如权利要求5所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述构建闭环迭代法依次求解主缆左端点的三向分力、主缆右端点的坐标、斜置中央扣下端点的三向力、吊索下端点的三向力、吊索上端点的三向力和主缆左端点的三向分力，形成环，通过迭代直至闭环，具体的迭代过程包括：根据主缆首节索段左端点的三向分力(F xR 、F yR 、F zR )、主缆首节索段左端点坐标(X 0 、Y 0 、Z 0 )和主缆首节索段右端点纵坐标X 1 ，计算得到主缆首节索段右端点竖坐标Y 1 、主缆首节索段右端点横坐标Z 1 、主缆首节索段右端点的三向分力(F xR 、F yR 、F zR )；将主缆首节索段右端点坐标(X 1 、Y 1 、Z 1 )赋予斜置中央扣上端点坐标(X 0d 、Y 0d 、Z 0d )，根据斜置中央扣下端点坐标(X 1d 、Y 1d 、Z 1d )和平均轴拉力P k ，计算得到斜置中央扣下端点竖向力 根据吊索下端点竖向力之和F z ，以及斜置中央扣下端点竖向力 得到吊索下端点竖向力P d ， 根据主缆首节索段左端点坐标(X 0 、Y 0 、Z 0 )、斜置中央扣下端点坐标(X 1d 、Y 1d 、Z 1d )、吊索下端点竖向力P d ，计算得到吊索上端点的三向力(F xd 、F yd 、F zd )；计算新的主缆首节索段左端点的三向分力，即F xL +F xd ，F yL +F yd ，F zL +F zd ，根据相邻两次循环计算的吊索上端点的三向力(F xd 、F yd 、F zd )之差(ΔF xd 、ΔF yd 、ΔF zd )，若 小于限值，则终止循环迭代。 7.如权利要求6所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述将带任意形式中央扣的主缆吊索体系根据杆件特征进行分解，并通过迭代得到主缆各索段、各吊索及斜置中央扣的无应力长度，具体为：将带任意形式中央扣的主缆吊索体系根据杆件特征进行分解，分解为左侧受力明确的主缆索段、下端受力明确的吊索、上端与主缆相连点坐标已知的斜置中央扣，以及由主缆索段、吊索和斜置中央扣组成的耦合三元组；通过迭代得到主缆各索段、各吊索及斜置中央扣的无应力长度。 8.如权利要求7所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形方法，其特征在于，所述通过迭代得到主缆各索段、各吊索及斜置中央扣的无应力长度，其中，具体的迭代过程为：获取主缆左端点坐标(X 0 、Y 0 、Z 0 )、主缆右端点坐标(X k-1 、Y k-1 、Z k-1 )、主缆跨中点的竖坐标Y c 、主缆跨中点的纵坐标X c ，以及所有吊索的下端竖向力总和P Z ；其中，(X 0 、Y 0 、Z 0 )中的0表示由左至右，主缆的第1个节点，(X k-1 、Y k-1 、Z k-1 )中k-1的表示由左至右，主缆的最后1个节点，k表示主缆上节点的总个数；进行主缆首节索段左端点的三向分力(F xL 、F yL 、F zL )计算，其中：整个主缆的水平投影长度L的计算方式为整个主缆的竖向投影长度H的计算方式为H＝Y k-1 -Y 0 ，竖向矢跨比λ的计算方式为；λ＝(Z c -(Z k-1 -Z 0 )/2)/L，主缆首节索段左端点的纵向分力F xL 的计算方式为F xL ＝P Z /λ/8，主缆首节索段左端点的竖向分力F yL 的计算方式为F yL ＝P z /2，主缆首节索段左端点的横向分力F zL 的计算方式为F zL ＝0；对于主缆，从左至右依次计算，得到主缆最右侧端点的竖坐标Y mR 和横坐标Z mR ，及主缆跨中点竖坐标Y mc ；基于计算得到的主缆最右侧端点的竖坐标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的三向力(F xL 、F yL 、F zL )，依次取主缆首节索段左端点的三向力为(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端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，影响矩阵表示为：采用影响矩阵对主缆首节索段左端点的三向力进行修正，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端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。 9.一种考虑斜置中央扣的主缆找形装置，其特征在于，包括：分解模块，其用于将桥梁主缆吊索体系中的构件分解为左侧受力明确的主缆索段、下端受力明确的吊索、上端与主缆相连点坐标已知的斜置中央扣，以及由主缆索段、吊索和斜置中央扣组成的耦合三元组；第一计算模块，其用于基于主缆首节索段左端点的三向分力、主缆首节索段左端点坐标和主缆首节索段右端点纵坐标，计算得到主缆首节索段右端点竖坐标和横坐标、主缆首节索段无应力长度、主缆首节索段右端点的三向分力；第二计算模块，其用于基于吊索上端点坐标、吊索下端点坐标和吊索下端竖向力，计算得到吊索上端点的三向力和吊索所在索段的无应力长度；第三计算模块，其用于基于斜置中央扣的上端点坐标、斜置中央扣的下端点坐标和斜置中央扣的平均轴拉力，计算得到斜置中央扣上端点的三向力、斜置中央扣下端点的三向力、斜置中央扣所在索段的无应力长度；第四计算模块，其用于构建闭环迭代法依次求解主缆左端点的三向分力、主缆右端点的坐标、斜置中央扣下端点的三向力、吊索下端点的三向力、吊索上端点的三向力和主缆左端点的三向分力，形成环，通过迭代直至闭环；执行模块，其用于将带任意形式中央扣的主缆吊索体系根据杆件特征进行分解，并通过迭代得到主缆各索段、各吊索及斜置中央扣的无应力长度。 10.如权利要求9所述的一种考虑斜置中央扣的主缆找形装置，其特征在于：所述耦合三元组中，吊索上端与主缆索段左侧相连，主缆索段右侧与斜置中央扣上端相连，吊索下端与斜置中央扣下端相连，吊索的竖向力与斜置中央扣的竖向分力之和已知。