[發(fā)明專(zhuān)利]高速鐵路高架橋橋墩雷擊電磁瞬態(tài)簡(jiǎn)化建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011019839.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112257141B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向念文;胡賓;李科杰;葉維平;邊凱;陳維江;王立天;徐宗奇;沈海濱;趙海軍;陽(yáng)晉;程凌云;周雨秋;王書(shū)來(lái);王鵬程
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/13
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種高速鐵路高架橋橋墩雷擊電磁瞬態(tài)簡(jiǎn)化建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，通過(guò)采樣獲取高架橋橋墩在不同采樣高度下橫截面的周長(zhǎng)數(shù)據(jù)，并組成相關(guān)數(shù)據(jù)集；

根據(jù)高架橋橋墩結(jié)構(gòu)中各個(gè)部分橫截面周長(zhǎng)隨高度變化的關(guān)系，首先從下而上將高架橋橋墩分為三個(gè)部分：橋墩底部、橋墩中部和橋墩頂部；然后從高架橋橋墩底面開(kāi)始沿高架橋橋墩垂直方向向上以等距Y取n個(gè)點(diǎn)到高架橋橋墩的頂面，將n個(gè)點(diǎn)中的任一個(gè)點(diǎn)記為點(diǎn)D_x、采樣點(diǎn)D_x到高架橋橋墩底面的垂直高度并記為點(diǎn)D_x的采樣高度h_x，采樣點(diǎn)D_x所在高架橋橋墩的橫截面對(duì)應(yīng)的周長(zhǎng)并記為采樣周長(zhǎng)l_x，x＝1，2....n，得到以下數(shù)據(jù)集：

橋墩底部：

橋墩中部：

橋墩頂部：

其中，H₁為橋墩底部的頂面距離高架橋橋墩底面的垂直高度，H₂為橋墩中部的頂面距離高架橋橋墩底面的垂直高度，H₃為橋墩頂部的頂面距離高架橋橋墩底面的垂直高度，等距Y為H₁、H₂、H₃的公約數(shù)，C為常數(shù)；

步驟2，建立高架橋橋墩高度與高架橋橋墩橫截面的周長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系式；

記高架橋橋墩上任一個(gè)橫截面距離高架橋橋墩底面的垂直高度為截面高度h、橋墩底部上任一個(gè)橫截面的周長(zhǎng)為周長(zhǎng)L₁、橋墩中部上任一個(gè)橫截面的周長(zhǎng)為周長(zhǎng)L₂、橋墩頂部上任一個(gè)橫截面的周長(zhǎng)為周長(zhǎng)L₃，利用Origin軟件，根據(jù)步驟1得到的數(shù)據(jù)集擬合出高架橋橋墩橫截面的周長(zhǎng)隨其截面高度變化的函數(shù)關(guān)系式，其表達(dá)式如下：

橋墩底部，即當(dāng)0＜h≤H₁時(shí)，L₁＝C；

橋墩中部，即當(dāng)H₁＜h≤H₂時(shí)，L₂＝c₁+b₁h+a₁h²；

橋墩頂部，即當(dāng)H₂＜h≤H₃時(shí)，L₃＝c₂+b₂h；

其中，c₁為周長(zhǎng)L₂隨其截面高度h變化的函數(shù)多項(xiàng)式的零次項(xiàng)系數(shù)，b₁為周長(zhǎng)L₂隨其截面高度h變化的函數(shù)多項(xiàng)式的一次項(xiàng)系數(shù)，a₁為L(zhǎng)₂隨其截面高度h變化的函數(shù)多項(xiàng)式的二次項(xiàng)系數(shù)；c₂為周長(zhǎng)L₃隨其截面高度h變化的函數(shù)多項(xiàng)式的零次項(xiàng)系數(shù)，b₂為周長(zhǎng)L₃隨其截面高度h變化的函數(shù)多項(xiàng)式的一次項(xiàng)系數(shù)；

步驟3，將高架橋橋墩視為實(shí)心良導(dǎo)體，高架橋橋墩的集膚深度δ的表達(dá)式如下：

其中，f為導(dǎo)體中時(shí)諧場(chǎng)的頻率，μ為導(dǎo)體材料的介電常數(shù)，σ為導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率；

步驟4，定義高架橋橋墩橫截面上單位寬度與單位長(zhǎng)度上的內(nèi)阻抗Z_s如下：

其中，j為復(fù)數(shù)因子；

步驟5，記橋墩底部的單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗為Z_d1、橋墩中部的單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗為Z_d2、橋墩頂部的單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗為Z_d3，將高架橋橋墩的橫截面視為圓截面，則高架橋橋墩三個(gè)部分的單位長(zhǎng)度的內(nèi)阻抗Z_d1、Z_d2、Z_d3的表達(dá)式如下：

步驟6，記橋墩底部的頻變阻抗為Z₁、橋墩中部的頻變阻抗為Z₂、橋墩頂部的頻變阻抗為Z₃，則高架橋橋墩三個(gè)部分的頻變阻抗Z₁、Z₂和Z₃的表達(dá)式如下：

步驟7，記高架橋橋墩整體的頻變阻抗為Z，Z＝Z₁+Z₂+Z₃，建立高架橋橋墩的整體頻變阻抗模型；