本發(fā)明涉及橋梁工程，尤其是一種高速鐵路多塔部分斜拉橋參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、部分斜拉橋是一種介于連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)橋和傳統(tǒng)斜拉橋之間的組合橋梁體系，是以主梁、拉索共同承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系。由于部分斜拉橋獨(dú)特的受力機(jī)理，使得它的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)與一般斜拉橋和梁式橋有所不同，并且橋塔的高度，主梁的截面形式以及邊、中跨跨徑等都是影響部分斜拉橋結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的重要參數(shù)，也是評(píng)估部分斜拉橋力學(xué)性能的重要指標(biāo)，具有很大的研究?jī)r(jià)值。

2、多塔部分斜拉橋的一般設(shè)計(jì)過(guò)程中，目前關(guān)于部分斜拉橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，大部分局限在斜拉索索力優(yōu)化和局部構(gòu)件優(yōu)化上，但上述優(yōu)化效果有限，且易出現(xiàn)非最優(yōu)的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高速鐵路多塔部分斜拉橋參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，用于優(yōu)化大跨度多塔部分斜拉橋邊中跨比、塔跨比和高跨比等重要參數(shù)，并為設(shè)計(jì)方案提供理論依據(jù)，減少了現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)參數(shù)易出現(xiàn)非最優(yōu)的情況，降低設(shè)計(jì)人員主觀經(jīng)驗(yàn)的影響，提升了設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度、合理性。

2、本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

3、一種高速鐵路多塔部分斜拉橋參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括如下步驟：

4、根據(jù)高速鐵路多塔部分斜拉橋的設(shè)計(jì)影響條件，根據(jù)地面線到橋面的高度以及跨越航道、深水區(qū)、交通線路情況初步確定橋梁主橋長(zhǎng)度初值lt；

5、提出所述高速鐵路多塔部分斜拉橋的主跨跨徑li的取值序列；

6、根據(jù)擬定的橋梁主橋長(zhǎng)度初值lt和提出的主跨跨徑li序列，結(jié)合橋址地形條件和通航要求，計(jì)算主跨數(shù)目序列；

7、結(jié)合主跨跨徑li的取值序列和邊中跨比系數(shù)，確定邊跨跨徑，并根據(jù)主跨跨徑和邊跨跨徑布置，調(diào)節(jié)主橋長(zhǎng)度lti；

8、根據(jù)主跨跨徑li的取值序列計(jì)算橋塔高度；

9、結(jié)合主跨跨徑li的取值序列和高速鐵路設(shè)計(jì)要求以及主梁斷面形式確定主梁截面梁高；

10、根據(jù)主跨跨徑li的取值序列，結(jié)合鐵路線路標(biāo)高及梁高，并假定基礎(chǔ)承臺(tái)位于地面線處，確定各方案下橋墩高度及水下深度；

11、根據(jù)主跨序列、邊跨長(zhǎng)度、橋塔高度和橋墩高度的全部設(shè)計(jì)方案，計(jì)算總造價(jià)；

12、計(jì)算不同方案工程技術(shù)難度；

13、綜合考慮總造價(jià)與工程技術(shù)難度，確定高速鐵路多塔部分斜拉橋的優(yōu)選方案。

14、所述設(shè)計(jì)影響條件包括橋址地形條件、水文情況、通航要求、跨越交通線路情況、鐵路等級(jí)與設(shè)計(jì)時(shí)速、鐵路線路標(biāo)高。

15、高速鐵路多塔部分斜拉橋主跨跨徑li的取值序列為：l0，l0+10，l0+20，l0+30，……，350；其中，l0表示主跨跨徑最小值，取航道最小寬度限值及200m兩者的大值；序列中各項(xiàng)表示不同主跨跨徑取值，用li表示，li中角標(biāo)i表示主跨跨徑序列的第i項(xiàng)，i＝1,2,3,4,......；即：l1＝l0，l2＝l0+10，l3＝l0+20……。

16、所述主跨數(shù)目的計(jì)算的公式為：

17、對(duì)于主跨跨徑序列中不同的取值，按此公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的主跨數(shù)目ni：n1，n2，n3，......；

18、式中，n為主跨數(shù)目，并對(duì)其進(jìn)行向下取整；lt為橋梁主橋長(zhǎng)度初值；li為主跨跨徑序列的中的取值。

19、所述邊跨跨徑的計(jì)算公式為：

20、lsi＝ξli；針對(duì)主跨跨徑的取值序列中的每一項(xiàng)，按該邊跨跨徑計(jì)算公式取ξ中的低、中、高值分別再確定邊跨跨徑lsi1、lsi2、lsi3三種方案；

21、式中，lsi為邊跨跨徑；ξ為邊中跨比系數(shù)，取值0.55-0.60，優(yōu)選為0.55、0.575、0.60；li為主跨跨徑序列的中的取值。

22、所述橋塔高度的計(jì)算公式為：

23、其中，ψ根據(jù)主塔和邊塔是否等高取值，當(dāng)主塔和邊塔采取等高設(shè)計(jì)時(shí)，ψ取值為2.5，當(dāng)主塔和邊塔采取不等高設(shè)計(jì)時(shí)，邊塔ψ取值為1.5，主塔ψ取值為2.0；

24、式中，hi為橋塔高度；li為主跨跨徑序列的中的取值；ψ為取值系數(shù)；μ表示斜拉索對(duì)橋塔高度的影響系數(shù)，由單個(gè)橋塔上張拉的斜拉索數(shù)量結(jié)合斜拉索邊索與主梁的夾角計(jì)算得出。

25、所述主梁截面梁高的計(jì)算公式為：

26、

27、式中，hi為主梁截面高度；b為橋面寬度，根據(jù)高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距和軌道數(shù)量、檢修通道寬度確定；γ根據(jù)截面所處位置取值，墩頂處截面取3.6，跨中處截面取1.8，墩頂與跨中之間的截面按線性變化取值；λ根據(jù)主梁斷面形式取值。

28、所述總造價(jià)的計(jì)算公式為：

29、si＝c1k1bhilti+c2(ni+1)hi+c3(ni+3)gi+rk2(ni+1)tli；

30、式中，si表示不同方案的總造價(jià)；c1表示主橋混凝土綜合造價(jià)；c2表示平均每米橋塔綜合造價(jià)；c3表示平均每米橋墩綜合造價(jià)；r表示平均每米斜拉索綜合造價(jià)；t表示單個(gè)橋塔上的斜拉索數(shù)量；li表示邊索長(zhǎng)度，根據(jù)邊索與主梁夾角和橋塔高度擬定；c1、c2、c3和r具體根據(jù)實(shí)際混凝土造價(jià)、鋼絞線造價(jià)、材料運(yùn)輸條件和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定；k1表示主梁截面面積折減系數(shù)，考慮到主梁采取的是變截面，取0.6；k2表示斜拉索長(zhǎng)度的折減系數(shù)，考慮到統(tǒng)一按邊索長(zhǎng)度計(jì)算，取0.6。

31、所述工程技術(shù)難度的計(jì)算公式為：

32、βi＝ai×bi×ci×di；

33、式中，βi為工程技術(shù)難度；工程ai表示主跨跨徑影響系數(shù)；bi表示橋塔高度影響系數(shù)；ci表示橋墩高度影響系數(shù)；di表示橋梁基礎(chǔ)類型影響系數(shù)；公式中各系數(shù)具體確定方法為：建立主跨跨徑li與ai的非線性函數(shù)，ai根據(jù)主跨跨徑取值，ai∈(0,1]；建立橋塔高度hi與bi的非線性函數(shù)，bi根據(jù)橋塔高度取值，bi∈(0,1]；建立橋墩高度gi與ci的非線性函數(shù)，ci根據(jù)橋墩高度取值，ci∈(0,1]；di根據(jù)基礎(chǔ)類型取值：基礎(chǔ)類型為樁基礎(chǔ)，di取1.0；基礎(chǔ)類型為管柱基礎(chǔ)，di取1.1；基礎(chǔ)類型為沉井基礎(chǔ)，di取1.2。

34、對(duì)設(shè)計(jì)方案的總造價(jià)進(jìn)行歸一化處理：使結(jié)果映射到(0,1]之間；再將歸一化后的總造價(jià)系數(shù)φi與工程技術(shù)難度系數(shù)βi進(jìn)行加權(quán)平均，建立方案決策公式：其中，φi表示歸一化處理后得到的各設(shè)計(jì)方案的造價(jià)系數(shù)；βi表示工程技術(shù)難度系數(shù)；表示權(quán)重系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐貏?shì)條件、運(yùn)輸條件和材料供應(yīng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；εi表示方案決策系數(shù)；si表示總造價(jià)樣本值，simax表示總造價(jià)樣本最大值。按此公式計(jì)算不同方案的決策系數(shù)εi，取εi較小值擬定2-3個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。

35、表1權(quán)重系數(shù)表

36、

37、在本發(fā)明中，工程技術(shù)難度系數(shù)計(jì)算公式，其中，ai根據(jù)主跨跨徑影響系數(shù)關(guān)系圖確定，具體見(jiàn)圖3；bi根據(jù)橋塔高度影響系數(shù)關(guān)系圖確定，具體見(jiàn)圖4；ci根據(jù)橋墩高度影響系數(shù)關(guān)系圖確定，具體見(jiàn)圖5。

38、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：據(jù)提出的主跨跨徑序列，建立相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，得到合理的邊中跨比、高跨比和塔跨比方案，并根據(jù)主橋造價(jià)計(jì)算公式和工程技術(shù)難度綜合比選，運(yùn)用歸一化和加權(quán)平均的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確定優(yōu)選方案；在整個(gè)方案設(shè)計(jì)中提供理論依據(jù)，減少人為主觀決策，提升了設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度、合理性。