具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种拱桥成桥最优索力计算方法，其能解决现有有限元软件成桥索力的计算结果偏差较大的技术问题。

参见图1所示，一种拱桥成桥最优索力计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移。

具体地，所述获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移，包括：

建立吊杆索力向量{T}＝[T₁ T₂ … T_m]^T和吊杆与系梁连接点的位移向量{u}＝[u₁u₂ … u_m]^T，其中m为吊杆编号；

将预设初始索力向量{T¹}代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量{u¹}。

例如，假设施加到每根吊杆的力均为100kN，则预设初始索力向量代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量

步骤S2，根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力。

具体地，所述根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力，包括：

根据预设初始索力向量{T¹}取m组索力向量，将m组索力向量分别代入拱桥有限元模型计算得到m组位移向量。例如，m组索力向量可为{ΔT₁}＝[100 0 … 0]^T，{ΔT₂}＝[0100 … 0]^T，…，{ΔT_m}＝[0 0 … 100]^T，分别代入拱桥有限元模型计算。

根据m组索力向量和m组位移向量计算得到索力向量{T}和位移向量{u}的刚度矩阵{K}。其中，刚度矩阵{K}可表示为：

建立索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式，根据刚度矩阵{K}、初始位移向量{u¹}和预设目标位移向量{u⁰}，并计算得到初始索力增量向量{ΔT¹}。具体地，索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式为：

{K}·{ΔT¹}＝{u¹}-{u⁰}

根据初始索力增量向量{ΔT¹}和预设初始索力向量{T¹}计算得到第二索力向量{T²}。具体地，{T²}＝{T¹}+{ΔT¹}。

步骤S3，以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力。

具体地，所述以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力，包括：

构建位移偏差函数f(ΔT_i ²)，其中第二索力增量ΔT_i ²∈[a,b]，i取1，…，m。

其中{u³}＝{K}·({T³}-{T¹})+{u¹}。

从a开始以变化步距c进行迭代计算，以f(ΔT_i ²)≤k作为预设边界条件，计算得到位移偏差函数f(ΔT_i ²)的最优解{ΔT²}。其中，a、b、c、k均为预设值。

根据最优解{ΔT²}、第二索力向量{T²}和公式{T³}＝{T²}+{ΔT²}，计算得到成桥最优索力向量{T³}。

本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，建立以各个第二索力增量为变量的位移偏差函数，通过预设的边界条件来确定成桥状态下各个吊杆与系梁连接点的索力，该方法能保证成桥状态索力符合设计要求，而且成桥索力分布均匀合理，计算方法简捷高效。

作为可选的实施方式，本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，所述计算方法还包括：

根据初始索力增量向量{ΔT¹}和预设初始索力向量{T¹}计算得到第二索力向量{T²}后，对第二索力向量{T²}进行修正。

进一步地，所述对第二索力向量{T²}进行修正，包括：

当或时，令

通过索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式，计算得到的第二索力向量{T²}可能存在受力不均衡的情况，通过对第二索力向量{T²}进行修正，可使其第二索力向量{T²}受力均衡。

作为可选的实施方式，本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，所述获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移前，包括：

建立拱桥有限元模型，所述拱桥有限元模型包括主桥结构和临时结构，并对各结构的重量进行修正，保证后续计算结果的准确性。

下面以某213m长的拱桥为例，假设桥梁吊杆数量为32根，取32组{ΔT_i}，并计算出桥梁刚度矩阵{K}，此时预设目标位移向量{u⁰}＝0，利用索力增量向量与位移向量方程解出{ΔT¹}，进而得到第二索力向量{T²}＝{2388，2197，1459，1505，…1489，2138，1192}，对{T²}进行不均衡修正得到{T²}＝{1500，1500，1459，1505，…1489，1500，1192}，令ΔT_i ²∈[-40,40]，变化步距为1，k＝50mm代入f(ΔT_i ²)循环计算，判断复合f(ΔT_i ²)≤k的条件，解出{ΔT²}＝{30，27，26，35，…15，21，24}，根据最优解{ΔT²}、第二索力向量{T²}和公式{T³}＝{T²}+{ΔT²}，计算得到成桥最优索力向量{T³}。

参见图2所示，本申请实施例还提供了一种拱桥成桥最优索力计算装置，包括：获取单元、第一计算单元和第二计算单元。

所述获取单元用于获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移。

所述第一计算单元用于根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力。

所述第二计算单元用于以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力。

具体地，所述获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移，包括：

建立吊杆索力向量{T}＝[T₁ T₂ … T_m]^T和吊杆与系梁连接点的位移向量{u}＝[u₁u₂ … u_m]^T，其中m为吊杆编号；

将预设初始索力向量{T¹}代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量{u¹}。

例如，假设施加到每根吊杆的力均为100kN，则预设初始索力向量代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量

具体地，所述第一计算单元用于根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力，包括：

根据预设初始索力向量{T¹}取m组索力向量，将m组索力向量分别代入拱桥有限元模型计算得到m组位移向量。例如，m组索力向量可为{ΔT₁}＝[100 0 … 0]^T，{ΔT₂}＝[0100 … 0]^T，…，{ΔT_m}＝[0 0 … 100]^T，分别代入拱桥有限元模型计算。

根据m组索力向量和m组位移向量计算得到索力向量{T}和位移向量{u}的刚度矩阵{K}。其中，刚度矩阵{K}可表示为：

建立索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式，根据刚度矩阵{K}、初始位移向量{u¹}和预设目标位移向量{u⁰}，并计算得到初始索力增量向量{ΔT¹}。具体地，索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式为：

{K}·{ΔT¹}＝{u¹}-{u⁰}

根据初始索力增量向量{ΔT¹}和预设初始索力向量{T¹}计算得到第二索力向量{T²}。具体地，{T²}＝{T¹}+{ΔT¹}。

具体地，所述第二计算单元用于以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力，包括：

构建位移偏差函数f(ΔT_i ²)，其中第二索力增量ΔT_i ²∈[a,b]，i取1，…，m。

其中{u³}＝{K}·({T³}-{T¹})+{u¹}。

从a开始以变化步距c进行迭代计算，以f(ΔT_i ²)≤k作为预设边界条件，计算得到位移偏差函数f(ΔT_i ²)的最优解{ΔT²}。

根据最优解{ΔT²}、第二索力向量{T²}和公式{T³}＝{T²}+{ΔT²}，计算得到成桥最优索力向量{T³}。

其中，a、b、c、k均为预设值。

需要说明的是，所属本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各单元的具体工作过程，可以参考前述拱桥成桥最优索力计算方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

上述实施例提供的分析装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图3所示的计算机设备上运行。

本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括：通过系统总线连接的存储器、处理器和网络接口，存储器中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器加载并执行，以实现前述的拱桥成桥最优索力计算方法的全部步骤或部分步骤。

其中，网络接口用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

处理器可以是CPU，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器，或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如视频播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如视频数据、图像数据等)等。此外，存储器可以包括高速随存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他易失性固态存储器件。

其中，在一个实施例中，所述处理器用于运行存储在存储器中的计算机程序，以实现如下步骤：

步骤S1，获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移。

具体地，所述获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移，包括：

建立吊杆索力向量{T}＝[T₁ T₂ … T_m]^T和吊杆与系梁连接点的位移向量{u}＝[u₁u₂ … u_m]^T，其中m为吊杆编号；

将预设初始索力向量{T¹}代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量{u¹}。

例如，假设施加到每根吊杆的力均为100kN，则预设初始索力向量代入拱桥有限元模型，计算得到初始位移向量

步骤S2，根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力。

具体地，所述根据各个初始位移与预设目标位移计算得到各个初始索力增量，并根据各个初始索力增量和预设初始索力计算得到各个第二索力，包括：

根据预设初始索力向量{T¹}取m组索力向量，将m组索力向量分别代入拱桥有限元模型计算得到m组位移向量。例如，m组索力向量可为{ΔT₁}＝[100 0 … 0]^T，{ΔT₂}＝[0100 … 0]^T，…，{ΔT_m}＝[0 0 … 100]^T，分别代入拱桥有限元模型计算。

根据m组索力向量和m组位移向量计算得到索力向量{T}和位移向量{u}的刚度矩阵{K}。其中，刚度矩阵{K}可表示为：

建立索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式，根据刚度矩阵{K}、初始位移向量{u¹}和预设目标位移向量{u⁰}，并计算得到初始索力增量向量{ΔT¹}。具体地，索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式为：

{K}·{ΔT¹}＝{u¹}-{u⁰}

根据初始索力增量向量{ΔT¹}和预设初始索力向量{T¹}计算得到第二索力向量{T²}。具体地，{T²}＝{T¹}+{ΔT¹}。

步骤S3，以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力。

具体地，所述以各个第二索力增量为变量建立位移偏差函数，根据预设边界条件迭代计算得到位移偏差函数的最优解，并根据最优解和各个第二索力计算得到拱桥成桥时各个吊杆与系梁连接点的最优索力，包括：

构建位移偏差函数f(ΔT_i ²)，其中第二索力增量ΔT_i ²∈[a,b]，i取1，…，m。

其中{u³}＝{K}·({T³}-{T¹})+{u¹}。

从a开始以变化步距c进行迭代计算，以f(ΔT_i ²)≤k作为预设边界条件，计算得到位移偏差函数f(ΔT_i ²)的最优解{ΔT²}。其中，a、b、c、k均为预设值。

根据最优解{ΔT²}、第二索力向量{T²}和公式{T³}＝{T²}+{ΔT²}，计算得到成桥最优索力向量{T³}。

本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，建立以各个第二索力增量为变量的位移偏差函数，通过预设的边界条件来确定成桥状态下各个吊杆与系梁连接点的索力，该方法能保证成桥状态索力符合设计要求，而且成桥索力分布均匀合理，计算方法简捷高效。

作为可选的实施方式，本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，所述计算方法还包括：

根据初始索力增量向量{ΔT¹}和预设初始索力向量{T¹}计算得到第二索力向量{T²}后，对第二索力向量{T²}进行修正。

进一步地，所述对第二索力向量{T²}进行修正，包括：

当或时，令

通过索力增量向量、刚度矩阵与位移向量之间的关系式，计算得到的第二索力向量{T²}可能存在受力不均衡的情况，通过对第二索力向量{T²}进行修正，可使其第二索力向量{T²}受力均衡。

作为可选的实施方式，本发明实施例中的拱桥成桥最优索力计算方法，所述获取拱桥的各个吊杆与系梁连接点在其预设初始索力作用下的初始位移前，包括：

建立拱桥有限元模型，所述拱桥有限元模型包括主桥结构和临时结构，并对各结构的重量进行修正，保证后续计算结果的准确性。

本申请施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的拱桥成桥最优索力计算方法的全部步骤或部分步骤。

本申请实施例实现前述的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only memory，ROM)、随机存取存储器(Random Accessmemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例中的序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。