[發(fā)明專利]基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法

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• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107016194A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 王瑩;鄭宇倩;吳佰建
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1、建立橋梁結(jié)構(gòu)整體有限元模型，采用單元特征長度為10⁰m的網(wǎng)格劃分整體模型，在慢車道上施加車輛移動荷載，計算所有節(jié)點的應力時程，即在上橋到下橋的整個過程中車輛移動荷載引起的節(jié)點應力變化狀態(tài)；

步驟2、基于所述步驟1建立的橋梁結(jié)構(gòu)整體有限元模型確定用于疲勞劣化分析的橋梁的有效加載區(qū)域；

步驟3、根據(jù)步驟2確定的有效加載區(qū)域，采用子模型技術(shù)建立包含局部纜索和U形肋的正交異性橋面板的局部精細子模型，并采用單元特征長度為10^-3m的網(wǎng)格劃分子模型；

步驟4、在所述子模型上建立點蝕損傷模型和微裂紋模型；

步驟5、基于子模型技術(shù)將整體模型和子模型進行跨尺度銜接，最終形成包含微細觀損傷的多尺度有限元模型；

步驟6、對所述步驟5中建立的多尺度有限元模型進行有限元計算，得到結(jié)構(gòu)在受交變荷載和環(huán)境腐蝕的共同作用下的動力響應以及構(gòu)件關(guān)鍵部位的應力分布，從而進行該橋梁纜索體系的腐蝕疲勞耦合的劣化分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，所述步驟2的具體流程為：

1)確定整體模型中的受力關(guān)鍵區(qū)域，具體為：根據(jù)所述步驟1中劃分的整體模型的時程圖上最大應力與最小應力的差值，即應力幅的大小，將分析的橋梁結(jié)構(gòu)劃分為受力關(guān)鍵區(qū)域與非關(guān)鍵區(qū)域；

2)根據(jù)所述步驟1)選取的受力關(guān)鍵區(qū)域上的節(jié)點的應力時程來確定受力關(guān)鍵區(qū)域的縱向長度，即選取車輛荷載作用于橋面上引起受力關(guān)鍵區(qū)的應力時程發(fā)生顯著變化的長度，將確定了縱向長度的受力關(guān)鍵區(qū)域作為橋梁的有效加載區(qū)域。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，所述的步驟2)的具體內(nèi)容為：

i)根據(jù)所述步驟1劃分整體模型并計算得到的應力時程，確定受力關(guān)鍵段正中位置節(jié)點的應力影響線，在所述應力影響線中，車輛荷載用一個節(jié)點力來表示，車輛荷載的移動總步數(shù)為該節(jié)點力從橋端節(jié)點移動至橋尾節(jié)點所經(jīng)過的所有節(jié)點的總和，即加載步來表示；

ii)根據(jù)所述步驟i)中確定的應力影響線，選取車輛荷載作用于橋面上引起受力關(guān)鍵區(qū)中心節(jié)點的應力時程發(fā)生顯著變化的區(qū)域，即選取應力幅值的大小為整體應力幅的90％或以上的區(qū)域，作為用于疲勞劣化分析的橋梁的有效加載區(qū)域，并記該區(qū)域的加載步為n；

iii)將所述步驟ii)中的加載步n換算成區(qū)域的長度，該長度就是受力關(guān)鍵區(qū)的縱向長度，將確定了縱向長度的受力關(guān)鍵區(qū)域作為橋梁的有效加載區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，所述步驟4中采用節(jié)點偏置技術(shù)和壁厚變化技術(shù)建立點蝕損傷模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，所述步驟4中采用節(jié)點松綁技術(shù)建立微裂紋模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于多尺度有限元建模的橋梁纜索體系劣化性能分析方法，其特征在于，所述步驟5的具體流程為：

a)在所述子模型內(nèi)輸入位移約束條件，具體為：根據(jù)整體模型及計算結(jié)果文件，利用插值法計算子模型切割邊界節(jié)點的位移，再將這些數(shù)值用單元形狀功能插值到切割邊界上；

b)在所述子模型內(nèi)輸入力的加載條件，具體為：在子模型上施加整體模型中的移動車載，并將整體模型中拉索對橋面箱梁的索力等效施加在建立的子模型的對應段上，即得到包含微細觀損傷的多尺度有限元模型。