一种同向回转拉索的防护方法与流程

本发明涉及土木工程，具体涉及一种同向回转拉索的防护方法。

背景技术：

1、随着拉索结构型式的发展和物理性能的提高，偏转拉索在结构工程中得到越来越多的使用，如矮塔斜拉桥上的纵向过塔拉索、预应力混凝土梁内的体外索，以及近年在常规斜拉桥上发展出的同向回转拉索等。拉索一般通过各种型式的鞍座进行偏转，当采用摩擦型或夹持型鞍座时，在鞍座弯曲段会出现微动磨蚀，尤其是在微动量大的鞍座弯曲段端部。如不加控制，拉索在弯曲段端部将很快发生因磨蚀引发的疲劳断裂。

2、研究先期提出的以摩擦功衡量磨蚀度的磨蚀疲劳理论模型，揭示出拉索磨蚀疲劳与半径和转角无关，由应力幅主控的规律，初步解决了对拉索偏转进行防护的因素控制问题。

3、由于拉索存在一定的纵向刚度，进行由直到曲的转换时，并非仅以常规认知的径向分布力即可完成，而是还需一个弧线端部的附加弯矩克服纵向刚度方可完成。由于弧线端部的附加弯矩源自一对沿拉索的反向径向压力，故两种作用叠加后将在弧线端部形成局部径向压力集中区域。拉索在此区域的受力更加不利，磨蚀将加重，需要重点防护。因此，进一步解决对偏转拉索进行防护的防护度和防护点问题，十分必要。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种同向回转拉索的防护方法，该同向回转拉索，通过摩擦型或夹持型鞍座改变方向，在弯曲段会出现微动磨蚀，有可能因此引发疲劳断裂。该防护方法对拉索偏转弧线端部提出考虑纵向刚度的径向分布力量值和最大径向分布力位置，解决了对拉索偏转进行防护的防护度和防护点问题。该技术方案中，研究存在一定纵向刚度的拉索进行由直到曲的转换的受力需求，将在弧线端部形成的复杂的径向分布力分解为简化的两部分：一是常规径向分布力q1，二是形成附加弯矩克服拉索纵向刚度的附加径向分布力偶q2。本发明提供的一种同向回转拉索的防护方法，包括如下步骤：

2、(1)获取拉索在弧线端部的常规径向分布力q1；

3、该步骤中，其中，tae为拉索在弧线端部纵向拉力，rae为拉索在弧线端部弯曲半径。

4、(2)基于常规径向分布力q1和附加径向分布力偶q2的关系，获取拉索在弧线端部的附加径向分布力偶q2，所述附加径向分布力偶为同向回转拉索在由直到曲的转换中形成的附加弯矩克服拉索纵向刚度所产生的，可以理解，假设附加径向分布力偶q2在弧线端部的作用区间为距拉索弧线端部0到2aae的区间，则附加径向分布力偶q2的一对力中，其中靠近弧线端部的一个力与常规径向分布力q1的方向相反，另一个力与常规径向分布力q1的方向相同，即在距离拉索弧线端部0到aae的区间内，附加径向分布力偶q2的一个力与常规径向分布力q1方向相反；在距离拉索弧线端部aae到2aae的区间内，附加径向分布力偶q2的另一个力与常规径向分布力q1方向相同，即在距离拉索弧线端部aae到2aae的区间内，双重径向分布力叠加，使得该区间的磨蚀疲劳加重，是需要重点防护的区间。

5、该步骤中，常规径向分布力q1和附加径向分布力偶q2的关系为：q2＝q1。

6、(3)基于常规径向分布力q1和附加径向分布力偶q2的双重径向分布力的叠加，确定径向压力集中区间作为同向回转拉索的重点防护区间。

7、该步骤中，同向回转拉索的重点防护区间为距拉索弧线端部aae到2aae的区间，其中，σae为拉索在弧线端部的纵向拉应力，als为拉索截面面积；rls为拉索截面回转半径。

8、本发明对同向回转拉索弧线端部采用考虑纵向刚度的双重径向分布力分析方法，实现了对两种作用叠加后在弧线端部形成局部径向压力集中区域的准确定位，解决对偏转拉索进行防护的防护度和防护点问题。

9、具体来说，上述(2)中q1和q2的关系的获取方法，包括：

10、基于q2与q1的叠加应使在q2分布区间上产生的拉索挤压变形能密度eae最高求解q2的值，所述q2分布区间为距拉索弧线端部0到2aae的区间，该步骤具体包括：

11、(21)获取端部能密度方程：

12、eae＝mae[(q1-q2)2+(q1+q2)2]，

13、其中，mae为与拉索材料特性、截面形状等有关的参数；

14、(22)求解端部能密度eae最大时q2的值：

15、对(21)中的公式求导，即随q2的增加，挤压变形能量eae也在增加，基于拉索弧线端部不可能脱离鞍座获得约束条件q2≤q1，得到q2＝q1，由此，实现了偏转拉索在弧线端部的受力分解和力度计算。

16、具体来说，上述(3)中同向回转拉索的重点防护区间的参数aae的获取方法，包括：基于弧线端部在附加径向分布力偶作用下的受力平衡求解aae，该步骤具体包括：

17、(31)在拉索弧线端部的弯曲半径为rae时弧线端部的力偶矩mae，有：

18、mae＝elsilsy″                         (1)

19、

20、其中，els为拉索弹性模量，ils为拉索纵向刚度，y″为拉索弧线端部的曲率；

21、(32)利用q2＝q1，ils＝alsrls2代入上式(1)(2)，获得aae与拉索弹性模量、弧线端部的纵向拉应力、拉索截面回转半径之间的关系，即上述的

22、本发明的一种同向回转拉索的防护方法，具备如下有益效果：

23、1、本发明对同向回转拉索弧线端部采用考虑纵向刚度的双重径向分布力分析方法，实现了对两种作用叠加后在弧线端部形成局部径向压力集中区域的准确定位，实施量化精准的防护，解决对偏转拉索进行防护的防护度和防护点问题。

24、2、基于拉索弧线端部挤压变形能密度最高准则，提出考虑纵向刚度的双重径向分布力分解方式及其计算公式，形成了系统的拉索偏转磨蚀疲劳理论模型。

25、3、解决了对拉索偏转进行防护的防护度和防护点问题，为推广应用拉索偏转技术，简化拉索体系设计提供了创新性技术支持。

26、4、推动了拉索体系的创新与结构技术的发展，取得显著技术效果和经济社会效果。

技术特征：

1.一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述的偏转拉索具有纵向刚度，通过摩擦型或夹持型鞍座改变方向，所述防护方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述(2)中常规径向分布力q1和附加径向分布力偶q2的关系为：q2＝q1。

4.根据权利要求1所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述(2)中q1和q2的关系的获取方法，包括：

5.根据权利要求4所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述(2)中q1和q2的关系的获取方法，包括：

6.根据权利要求5所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述(22)中求解端部能密度eae最大时q2的值，包括：以q2≤q1为约束条件求解q2。

7.根据权利要求1所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述同向回转拉索的重点防护区间的参数aae的获取方法，包括：

9.根据权利要求8所述的一种同向回转拉索的防护方法，其特征在于，所述同向回转拉索的重点防护区间的参数aae的获取方法，包括：

技术总结
本发明公开了一种同向回转拉索的防护方法，同向回转拉索具有纵向刚度，通过摩擦型或夹持型鞍座改变方向，所述防护方法包括：将拉索在弧线端部形成的复杂的局部径向力分解为常规径向分布力、附加径向分布力偶，基于对附加径向分布力偶与常规径向分布力的关系分析，叠加常规径向分布力和附加径向分布力偶的双重径向分布力，确定径向压力集中区间作为同向回转拉索的重点防护区间，本发明对同向回转拉索弧线端部采用考虑纵向刚度的双重径向分布力分析方法，实现基于防护度和防护点量化精准分析的同向回转拉索防护方法。

技术研发人员：曹皓,胡可,毛洪强,齐运书,孙敦华,刘欣,刁凯,曹进,包叶波
受保护的技术使用者：安徽省交通控股集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13