[發(fā)明專利]大曲率曲線鋼-混凝土組合箱梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810461830.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108763667B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱力;杜谷春;李明杰;李軒;趙旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種大曲率曲線鋼?混凝土組合箱梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，屬于橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。包括以下步驟：S1：計(jì)算大曲率組織梁截面特性；S2：計(jì)算寬板剪力滯系數(shù)；S3：考慮曲線組合梁橋的剪力滯效應(yīng)時(shí)，正應(yīng)力計(jì)算。本發(fā)明提出的半數(shù)值半理論設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)確度較高，克服了現(xiàn)有研究一般難以綜合考慮曲線組合梁的約束扭轉(zhuǎn)、畸變、剪力滯等復(fù)雜力學(xué)效應(yīng)和大曲率的幾何效應(yīng)的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，涉及大曲率曲線鋼-混凝土組合箱梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

與直線梁橋類似，曲線線型的寬橋也會(huì)表現(xiàn)出明顯的剪力滯效應(yīng)。實(shí)際上由于彎扭耦合作用的存在，曲線橋的受力特性除表現(xiàn)出一般的彎曲效應(yīng)外，還會(huì)表現(xiàn)出明顯的扭轉(zhuǎn)翹曲和畸變翹曲特性。因而，考慮剪力滯效應(yīng)的曲線梁橋分析要比直線梁橋復(fù)雜的多。

依據(jù)上世紀(jì)80年代著名橋梁專家李國(guó)豪的研究，曲線橋梁受力特性的研究分為小曲率和大曲率兩類問(wèn)題。小曲率問(wèn)題是指梁軸曲率半徑與截面寬度之比大于1個(gè)數(shù)量級(jí)的問(wèn)題，大曲率問(wèn)題是指梁軸曲率半徑與截面寬度之比為同一數(shù)量級(jí)的問(wèn)題。兩類問(wèn)題的主要差異在于曲率半徑對(duì)于截面特性是否存在影響。小曲率問(wèn)題的截面特性與曲率半徑無(wú)關(guān)，即小曲率曲線橋梁截面特性的計(jì)算與直線橋梁類似。而大曲率問(wèn)題中曲線橋梁的截面特性與曲率相關(guān)，傳統(tǒng)的箱型和工字型等截面形式不再是單軸對(duì)稱截面，這給截面特性的計(jì)算帶來(lái)了很大的難度。大曲率對(duì)于截面特性的影響，由于考慮水平曲率，截面的剪心不再位于截面橫向中心位置，傳統(tǒng)的箱型和雙工字型截面不再是單軸對(duì)稱截面。

實(shí)際上，筆者認(rèn)為曲線橋梁的剪力滯效應(yīng)研究是不能回避大曲率問(wèn)題的。這是因?yàn)榕c曲線橋梁剪力滯效應(yīng)密切相關(guān)的兩個(gè)因素是曲率半徑和截面寬度。截面寬度大，剪力滯效應(yīng)才會(huì)明顯；曲率半徑小，彎扭耦合效應(yīng)才會(huì)明顯。而在這兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，研究對(duì)象的幾何特征往往都落入了大曲率問(wèn)題的范疇之內(nèi)，因而若真正以曲線梁橋的剪力滯效應(yīng)為研究目標(biāo)，就必須結(jié)合大曲率問(wèn)題一同展開(kāi)研究。

由于曲線梁橋受力特性與直線梁橋相比，其難度并不在一個(gè)數(shù)量級(jí)之內(nèi)，因而對(duì)于曲線梁橋受力特性的研究其實(shí)并不是很多，尤其是對(duì)于曲線梁橋剪力滯效應(yīng)的研究更是很少。國(guó)際上相關(guān)研究多集中在日本學(xué)者和少數(shù)美國(guó)學(xué)者的研究成果，相關(guān)研究者包括Hasebe等人、Nakia和Yoo、Evans和Al-Rifaie、Moffatt和Dowling、Komatsu等人、Yoshimura和Nirasawa、Heins和Spates。國(guó)內(nèi)研究起于上世紀(jì)80年代李國(guó)豪開(kāi)始，之后錢寅泉、張?jiān)！⒗顔毯土_旗幟等人都對(duì)此進(jìn)行了研究。研究方法均是在薄壁截面桿件理論的基礎(chǔ)上考慮剪力滯效應(yīng)。然而，李國(guó)豪、錢寅泉等人的研究雖然是以大曲率問(wèn)題為基礎(chǔ)考慮了曲率半徑對(duì)截面特性的影響，但扭轉(zhuǎn)翹曲的理論計(jì)算卻采用的是烏曼斯基第一扭轉(zhuǎn)理論，即未考慮二次剪力流對(duì)翹曲位移的影響。張?jiān)：屠顔袒跒趼够诙まD(zhuǎn)理論考慮了二次剪力流對(duì)翹曲位移的影響，并且理論模型中在全截面上附加均勻剪滯翹曲位移以滿足剪滯翹曲應(yīng)力在橫截面上的自平衡條件，進(jìn)一步提高了扭轉(zhuǎn)翹曲計(jì)算的精度。但是他的研究卻因沒(méi)有以大曲率曲線梁受力特性為基礎(chǔ)，雖使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，卻有可能導(dǎo)致較大誤差。經(jīng)過(guò)之前的分析，這種簡(jiǎn)化對(duì)曲梁剪力滯效應(yīng)研究的準(zhǔn)確性和適用性尚需進(jìn)一步探討。傳統(tǒng)的曲線梁橋剪力滯效應(yīng)研究均是以經(jīng)典的薄壁截面桿件理論為基礎(chǔ)，引入剪滯翹曲函數(shù)建立了一套理論模型體系，但這些理論模型中并不可以全面考慮剪力滯效應(yīng)、扭約束轉(zhuǎn)效應(yīng)、畸變效應(yīng)和大曲率幾何效應(yīng)等。并且這樣一套理論模型的開(kāi)發(fā)過(guò)于復(fù)雜，而數(shù)值分析往往可以達(dá)到簡(jiǎn)化分析的良好效果。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種大曲率曲線鋼-混凝土組合箱梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，采用理論模型與數(shù)值模型相結(jié)合的方法，同時(shí)關(guān)注大曲率問(wèn)題的特點(diǎn)，并在扭轉(zhuǎn)翹曲理論模型中采用烏曼斯基第二扭轉(zhuǎn)理論，研究思路為：(1)基于薄壁截面桿件理論計(jì)算彎曲、扭轉(zhuǎn)翹曲和畸變翹曲的受力特性；(2)基于有限元數(shù)值分析方法確立剪力滯效應(yīng)研究中的重要參數(shù)，用于考慮剪力滯效應(yīng)的簡(jiǎn)化分析計(jì)算。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

大曲率曲線鋼-混凝土組合箱梁橋簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟：