[發明專利]一種基于廣義柔度矩陣的外荷載墩頂位移計算方法

有效

• 申請號: 202010498165.1
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111814225B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 蘇偉;王雨權;劉洪占;廖立堅;楊智慧;傅安民;張興華;劉龍
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 天津漿果知識產權代理事務所(普通合伙) 12240
• 代理人: 王龑

本發明公開了一種基于廣義柔度矩陣的外荷載墩頂位移計算方法，包括如下步驟：節點劃分；計算單位力作用下樁基承臺底面中心點處的水平位移和轉角位移、墩身彈性變形、受荷節點處位移和轉角、受荷節點以外各節點的位移從而形成單位力柔度矩陣；計算單位力矩作用下樁基承臺底面中心點處的水平位移和轉角位移、墩身彈性變形、受荷節點處位移和轉角、受荷節點以外各節點的位移從而形成單位力矩柔度矩陣；利用單位力柔度矩陣和單位力矩柔度矩陣形成總位移通式；非節點集中力等效計算；分布荷載等效計算。本發明能夠進行各類型外荷載引起的墩頂位移的計算，適用任意墩形，適用各作用點位置的節點力、分布力。

技術領域

本發明屬于交通運輸業橋梁工程領域，具體涉及一種基于廣義柔度矩陣的外荷載墩頂位移計算方法。

背景技術

在高速鐵路橋梁設計中，簡支梁橋墩的縱橫向墩頂位移計算是很重要的內容，而引起墩頂位移計算的因素很多，有地震力、風荷載、土壓力等各種荷載作用。

隨著高鐵事業的發展，橋墩的高度越做越高，橋墩的尺寸也越做越精細，對于高墩橋梁結構，墩頂位移便有可能成為控制因素。因此，精細化計算各種外荷載引起的墩頂位移，便成為橋墩結構精細化設計的內在要求。

在以往設計中，相關書籍或設計軟件在計算墩頂位移時，往往與樁基礎耦合度不夠，且僅能處理部分集中載荷作用下的墩頂位移計算。而對于土壓力、風荷載等分布荷載，無法精準計算。

針對上述橋墩設計中存在的實際問題，亟需一種更加通用性的算法來解決數量龐大的簡支梁橋墩外荷載作用引起的墩頂位移計算問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于廣義柔度矩陣的外荷載墩頂位移計算方法，能夠針對交通運輸領域如鐵路、公路、市政、輕軌等不同類型的簡支梁實心或空心橋墩，進行各類型外荷載引起的墩頂位移的計算，通過一套體系直接得出位移計算結果，該方法適用任意墩形，適用各作用點位置的節點力、分布力的墩頂位移計算。

本發明的技術方案是：一種基于廣義柔度矩陣的外荷載墩頂位移計算方法，包括如下步驟：

步驟A，對橋墩進行節點劃分

對于簡支梁橋墩，需要根據墩高、橋墩截面特性等特點，按照計算精度的需要劃分節點，兩節點之間組成一個獨立單元；

步驟B，計算單位力作用下樁基承臺底面中心點處的水平位移α和轉角位移β

利用上承臺板底面中心點o點的水平位移和轉角位移公式，計算出當其作用單位力時的水平位移α和轉角位移β；

步驟C，計算單位力作用下墩身彈性變形受荷節點處位移和轉角

結合橋墩節點劃分情況，計算出橋墩節點上作用單位力后，其受荷點位置處的墩身彈性水平位移及其轉角位移；

步驟D，計算單位力作用下墩身和樁基礎共同影響下的受荷節點處位移

利用單位力作用下，樁基礎的水平位移和轉動位移，再疊加上墩身本身的彈性位移，計算出受荷節點位置處的節點位移；

步驟E，計算單位力作用下各節點的轉角位移

單位力作用下，將樁基礎的轉動位移疊加上墩身各節點自身的彈性轉動位移得到各節點的總的轉角位移；

步驟F，計算單位力作用下墩身和樁基礎共同影響下的受荷節點以外各節點的位移

單位力作用下，利用墩身各節點的轉角位移及受荷節點水平位移，計算出受荷節點以外各節點的位移；

步驟G，形成單位力柔度矩陣CF

將單位力作用下，受荷節點水平位移及其它節點水平位移組合在一起，形成單位力柔度矩陣CF；