[發(fā)明專(zhuān)利]一種單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710017080.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106777778B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立彬;李立斌;陳林強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種新型單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋建模方法，該方法包括幾個(gè)方面：1)在重力等效原則下將曲線梁?jiǎn)蝹?cè)懸索橋簡(jiǎn)化為“一直線主梁鉛垂單索面”懸索橋，并計(jì)算確定主纜的初始線形。2)將“一直線主梁鉛垂單索面”懸索橋邊跨主纜旋轉(zhuǎn)使其錨固點(diǎn)與地錨點(diǎn)重合，建立“三折線主梁鉛垂單索面”懸索橋模型。3)迭代吊索角度及張力，使得主纜逐步向外傾斜，最終形成單側(cè)懸吊空間曲梁懸索橋的成橋模型。本發(fā)明方法“以直代曲”，巧妙實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的曲線梁懸索橋的建模，計(jì)算結(jié)果精確，計(jì)算效率高，為復(fù)雜曲線橋梁的設(shè)計(jì)、施工提供了有效的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型橋梁結(jié)構(gòu)有限元建模方法，即單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋的有限元建模方法，屬于橋梁工程領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)有限元建模計(jì)算分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋是一種新型橋梁，它同時(shí)具有懸索橋和曲線梁橋的特點(diǎn)，是組合兩種復(fù)雜橋型即懸索橋和曲線梁橋的新型結(jié)構(gòu)形式，一般用于人行橋。國(guó)外此類(lèi)橋梁有德國(guó)的凱爾海姆橋、薩斯尼茨橋共2座，美國(guó)的圣地亞哥海港橋、自由橋、和平大橋3座。國(guó)內(nèi)僅2015年建成的上海國(guó)際旅游度假區(qū)景觀橋。

單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋由主塔、主纜、主梁、吊索和錨碇組成，結(jié)構(gòu)具有輕盈通徹，線型優(yōu)美，跨越能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。主塔橫向側(cè)移后在主梁外側(cè)或者內(nèi)側(cè)一側(cè)懸吊主梁。其主梁的形式為曲線。主纜偏離鉛垂面一定角度呈空間曲線，主塔頂部?jī)蓚?cè)主纜形成顯著夾角。吊索單側(cè)偏心懸吊主梁，僅有一個(gè)吊索索面，且吊索張拉形成空間曲面。

主纜與吊索組成的索面呈復(fù)雜的空間索面布置，其中吊索下吊點(diǎn)沿著曲線主梁均勻布設(shè)，吊索和主梁曲率半徑組成的立面與主梁在吊點(diǎn)處切線垂直，該立面與主纜的交點(diǎn)即為主纜上吊索上吊點(diǎn)位置。主纜和吊索組成空間曲面，曲面幾何形式復(fù)雜，因此如何確定如此復(fù)雜的成橋空間主纜的線形及吊掛索面成為控制橋梁設(shè)計(jì)、施工成功與否的關(guān)鍵。關(guān)于此類(lèi)異型橋梁主纜線型找形方法及空間索面成型方法或其有限元建模的實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均未見(jiàn)到相關(guān)內(nèi)容。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于建立直梁纜索橋模型，如地錨式懸索橋和自錨式懸索橋一般通過(guò)專(zhuān)業(yè)橋梁有限元軟件實(shí)現(xiàn)，例如Midas/Civil有限元軟件。但是該類(lèi)軟件并沒(méi)有提供這類(lèi)新穎的單側(cè)懸吊曲線型主梁懸索橋的專(zhuān)業(yè)方法，更沒(méi)有模板可以套用進(jìn)行該類(lèi)橋梁的有限元建立模型。

本專(zhuān)利的創(chuàng)新點(diǎn)在于基于Midas/Civil有限元軟件實(shí)現(xiàn)了曲梁懸索橋的空間主纜及索面成形方法，提出了一種單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋的建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

單側(cè)懸吊單索面曲線懸索橋梁橋是復(fù)雜橋梁，兼有曲線梁橋和懸索橋的特點(diǎn)，具有“曲線主梁”、“空間傾斜主纜”、“單一索面”等一系列復(fù)雜特征，目前缺乏有效有限元建模方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。如何應(yīng)用現(xiàn)在直線懸索橋建模技術(shù)以解決曲線懸索橋問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。本發(fā)明提針對(duì)這一復(fù)雜橋型，基于“以直代曲”的思想，提出了一種有效建模方法，計(jì)算精度高，對(duì)該類(lèi)橋梁設(shè)計(jì)提供了有力手段。

技術(shù)方案

1.一種單側(cè)懸吊的曲梁懸索橋建模方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下：

1)建立曲線梁?jiǎn)蝹?cè)懸索橋簡(jiǎn)化為“一直線主梁鉛垂單索面”懸索橋，確定主纜的初始線形。

(1)根據(jù)主梁、塔、纜的幾何關(guān)系，擬定需要建立的等效直梁懸索橋幾何尺寸數(shù)據(jù)。包括邊跨主跨主梁長(zhǎng)度、主塔高度、吊點(diǎn)位置等，方法如下：

該“一直線主梁鉛垂單索面”懸索橋由兩邊跨段和中跨段組成。索塔之間的距離即為等效直梁懸索橋中段主梁長(zhǎng)度。等效直梁懸索橋邊跨段長(zhǎng)度為索塔頂部與曲梁錨碇連線在水平面內(nèi)的投影長(zhǎng)度。索塔高度與曲梁懸索橋索塔高度相同。確立等效直梁梁長(zhǎng)后，選定合適的矢跨比，再按照原吊索在曲梁吊點(diǎn)的位置，依據(jù)等效直梁與曲梁的位置關(guān)系，逐個(gè)計(jì)算等效直梁懸索橋吊索與主梁的錨固位置。需要注意的是，雖然原曲梁吊點(diǎn)位置為等距離分布，換算得到的等效直梁懸索橋吊索間距并非為等間距布置，需依次計(jì)算得到吊索間距。