[發明專利]一種主拱結構的設計方法和裝置

在審

• 申請號: 202310366220.5
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116383942A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王柏生;龍杰燁;葉靈鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種木拱廊橋主拱結構的設計方法和裝置，基于木拱廊橋傳統營造技藝及現代工程學理論，使用本發明提出的設計方法確定在一定跨度下木拱廊橋主拱結構矢跨比與三節苗截面直徑及長度，根據幾何關系確定上、下小牛頭位置及五節苗截面直徑及長度。該發明可經濟、合理、可靠地設計主拱結構矢跨比、苗桿長度與截面直徑。傳統木拱廊橋營造技藝存在可靠性不強、依據有限、依賴匠人經驗等問題；現有的基于匠作譜系家族傳承的設計方法因匠作譜系不同設計理念各不相同，且存在設計流程復雜、未經過現代力學的科學性驗證等問題，在實際工程應用中難以保證安全性與經濟性。本發明與傳統方法相比擁有更高的魯棒性，更加經濟環保可靠，可以便捷可靠地設計出木拱廊橋主拱結構。

技術領域

本發明涉及木結構拱橋設計領域，尤其涉及一種主拱結構的設計方法和裝置。

背景技術

目前在自然因素和人為因素的影響下已有萬安橋、文興橋等數座珍貴的木拱廊橋被損傷與破壞。自2003年以來，壽寧、景寧與泰順等地為復原地區歷史人文氣息原貌，更好地保護和傳承木拱廊橋，重拾文化信仰，帶動旅游產業，有選擇的開始修復和重建木拱廊橋。但掌握木拱廊橋傳統營造技藝的工匠人因多種原因銳減，營造技藝面臨失傳風險，且木拱廊橋的傳統營造技藝僅通過匠人家族的經驗積累口口相傳而來，結構設計安全性缺乏現代科學理論的驗證，無法充分展示中國木拱廊橋作為世界文化遺產的核心價值。

因此，本發明結合傳統營造技藝應用現代結構工程學理論，對木拱廊橋主拱結構開展設計。這個發明不僅是對木拱廊橋傳統營造技藝的挖掘，也是保護目前遺存下的木拱廊橋的迫切需要，更是對木拱廊橋傳統營造技藝的一種傳承。本發明可以為將來木拱廊橋主拱結構重建設計、施工、修復加固等工程實際問題提供參考依據，具有較大的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種主拱結構的設計方法和裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種主拱結構的設計方法，包括以下步驟：

步驟1：根據交通、景觀需求及岸基條件選取合適的橋址，并根據橋址處河流寬度確定主拱結構的凈跨L；

所述主拱結構包含三節苗系統和五節苗系統，所述三節苗系統包括第一三節苗斜苗S₁、三節苗平苗S₂、第二三節苗斜苗S₃，其中，第一三節苗斜苗S₁、三節苗平苗S₂和第二三節苗斜苗S₃的長度相同；所述五節苗系統包括第一五節苗下斜苗W₁、第一五節苗上斜苗W₂、五節苗平苗W₃、第二五節苗上斜苗W₄、第二五節苗下斜苗W₅，其中，第一五節苗下斜苗W₁和第二五節苗下斜苗W₅的長度相同，第一五節苗上斜苗W₂和第二五節苗上斜苗W₄的長度相同；

步驟2：設定初值矢跨比f₁為0.17，計算第一三節苗斜苗S₁、三節苗平苗S₂和第二三節苗斜苗S₃的長度和截面直徑；

步驟3：計算三節苗平苗S₂的跨中應力σ與矢跨比f的關系，取三節苗平苗S₂的跨中應力最小時對應的矢跨比作為矢跨比f₂；使用矢跨比f₂重新計算第一三節苗斜苗S₁、三節苗平苗S₂和第二三節苗斜苗S₃的長度；

步驟4：基于矢跨比f₂及凈跨L，計算第一五節苗下斜苗W₁、第一五節苗上斜苗W₂、五節苗平苗W₃、第二五節苗上斜苗W₄、第二五節苗下斜苗W₅的長度和截面直徑；