本發(fā)明涉及橫梁荷載計算領(lǐng)域，尤其涉及一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法。

背景技術(shù)：

1、近隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，特別是鐵路和公路建設(shè)的迫切需求，需要跨越深谷、河流和其他地理障礙，這催生了對大跨度橋梁的需求。桁梁橋因其結(jié)構(gòu)特點，適用于大跨徑、高荷載的場景，逐漸成為現(xiàn)代大型橋梁建設(shè)的首選橋型之一。由于現(xiàn)代交通量的增長，橋梁承受的荷載越來越大，傳統(tǒng)的鋼桁梁橋在橫向剛度和穩(wěn)定性方面面臨挑戰(zhàn)。密橫梁橋面系的引入能夠顯著提高橋梁的橫向剛度，增強整體穩(wěn)定性和抗扭性能，從而滿足更高承載力和更大跨度的要求。在可持續(xù)發(fā)展的背景下，橋梁工程界越來越注重資源的有效利用和環(huán)境保護，密橫梁橋面系因其良好的結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟效益，符合綠色、環(huán)保、經(jīng)濟的設(shè)計理念。

2、針對采用密橫梁橋面系的鋼桁梁橋，既有學者正致力于完善和創(chuàng)新其設(shè)計理論和計算方法，包括但不限于使用有限元法進行精細的結(jié)構(gòu)分析，研究橫梁間距、橫梁截面形狀及尺寸對結(jié)構(gòu)整體性能的影響，探索更加經(jīng)濟合理的橫梁布置方案。

3、采用密橫梁橋面系的鋼桁梁橋，其橫梁不僅承擔了傳遞橋面板荷載至主桁的作用，還在很大程度上決定了橋梁整體的橫向剛度和穩(wěn)定性。橫梁荷載的橫向分布情況對于評估橋梁的實際工作狀態(tài)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、確保橋梁安全運營具有極其重要的意義。通過研究及精準計算橫梁荷載橫向分布規(guī)律，有助于準確計算各橫梁及主桁桿件的內(nèi)力，進而防止因局部超載而導致的結(jié)構(gòu)破壞；可優(yōu)化橫梁布置與截面設(shè)計，提高材料利用效率，降低工程造價；可以根據(jù)荷載分布調(diào)整支座布置和構(gòu)造措施，改善橋梁的動力性能，提高行車舒適性。

4、學者們運用有限元法、解析法等多種理論計算方法，結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，對橫梁間的荷載分配機制進行了部分探討。由于橋梁結(jié)構(gòu)復雜、邊界條件多樣以及非線性等因素的影響，既有研究計算橫梁荷載分布時，均未考慮橫梁端部的實際約束剛度。本發(fā)明在橫梁端部約束剛度對密橫梁荷載分布計算精度的影響的前提下提出一種密橫梁橋面系橫梁荷載橫向分布計算方法，以進一步加深密橫梁橋面系荷載傳遞規(guī)律的研究深度，擴展該橋型的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，以解決相關(guān)技術(shù)中由于采用密橫梁橋面系的板桁組合結(jié)構(gòu)，不同位置處橫梁與桁架的連接介于剛接與鉸接之間，是一種半剛性的連接，導致桿系單元有限元模型無法準確模擬這種連接，進而用桿系單元有限元模型進行密橫梁荷載分布計算時，計算精確性較低的問題；以及采用了撓曲系數(shù)后省去了板殼單元計算端部剪力的步驟，不需要再分析截面應(yīng)力分布。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下方法：

3、本發(fā)明提供的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述方法包括：

4、s1：利用有限元軟件按照實際尺寸建立板桁組合結(jié)構(gòu)橋梁板殼單元有限元模型，邊界條件等按實橋情況進行模擬，對每根橫梁施加均布荷載并提取其相對撓度；

5、s2:建立單個橫梁的板殼單元有限元模型，約束條件采用兩端固接，施加與s1步驟中實橋橫梁相同大小的均布荷載，并提取其相對撓度；

6、s3:在橫梁施加與所述均布荷載下的作用下，橫梁在實際約束條件中的最大變形與單根橫梁在兩端固接時的最大變形之比定義為橫梁撓曲修正系數(shù)；

7、s4：根據(jù)所述橫梁撓曲修正系數(shù)計算實橋每根橫梁荷載分布。

8、優(yōu)選的，所述在橫梁施加與所述均布荷載下的作用下，橫梁在實際約束條件中的最大變形與單根橫梁在兩端固接時的最大變形之比定義為橫梁撓曲修正系數(shù)的公式，包括：

9、計算實橋每根橫梁撓曲修正系數(shù)的公式為：

10、

11、式中，αi為第i根橫梁的撓曲修正系數(shù)，ωi為實際約束條件中的最大撓度，ωi`為單根橫梁在兩端固結(jié)時的最大撓度。

12、優(yōu)選的，所述計算實橋每根橫梁荷載分布的公式為：

13、

14、式中，fi為第i根橫梁所受荷載大小，f為整個密橫梁橋面系所受荷載總和。

15、優(yōu)選的，所述用有限元軟件按照實際尺寸建立板桁組合結(jié)構(gòu)橋梁板殼單元有限元模型，邊界條件等按實橋情況進行模擬的步驟，包括：

16、利用大型通用有限元軟件ansys建立三節(jié)段板殼單元模型，選取第二節(jié)段進行結(jié)果分析；

17、板殼單元模型采用shell181單元進行模擬，模型的邊界條件為吊耳處約束豎向位移、縱橋向位移以及橫橋向位移。

18、優(yōu)選的，所述對每根橫梁施加均布荷載并提取其相對撓度的步驟，包括：

19、根據(jù)所述建立的實橋的板殼單元有限元模型，建立單根橫梁的板殼單元有限元模型，約束條件為兩端固結(jié)，通過施加單梁的均布荷載，提取橫梁相對撓度。通過在實橋相對應(yīng)橫梁位置施加相同大小的均布荷載，并提取該橫梁的相對撓度，最后計算在均布荷載下單根橫梁的相對撓度與實橋下的相對應(yīng)橫梁的相對撓度之比，得到該橫梁的撓曲系數(shù)。

20、優(yōu)選的，所述根據(jù)所述橫梁撓曲修正系數(shù)計算實橋每根橫梁荷載分布的步驟，包括：通過所述橫梁撓曲修正系數(shù)計算實橋每根橫梁荷載分布的過程在有限元模型中建立密橫梁與桁架的實際連接模型，通過所述密橫梁與桁架的實際連接模型考慮剛度以及密橫梁與桁架的截面剛度的影響。

21、所述通過施加單梁的均布荷載，提取橫梁相對撓度的步驟，包括：在實體有限元模型中施加均布荷載，然后通過有限元軟件進行計算，導出橫梁相對撓度。

22、本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：該過程是在有限元中考慮的，通過在實體有限元模型中建立密橫梁與桁架的實際連接方式(焊接)，進而考慮連接剛度和自身截面剛度的影響，考慮橋面系密橫梁與桁架的實際連接剛度以及橫梁自身截面剛度影響，并提出一個精確且簡便的指標去量化的橫梁荷載分布情況。

技術(shù)特征：

1.一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述在橫梁施加與所述均布荷載下的作用下，橫梁在實際約束條件中的最大變形與單根橫梁在兩端固接時的最大變形之比定義為橫梁撓曲修正系數(shù)的公式，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述計算實橋每根橫梁荷載分布的公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述用有限元軟件按照實際尺寸建立板桁組合結(jié)構(gòu)橋梁板殼單元有限元模型，邊界條件等按實橋情況進行模擬的步驟，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述對每根橫梁施加均布荷載并提取其相對撓度的步驟，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述根據(jù)所述橫梁撓曲修正系數(shù)計算實橋每根橫梁荷載分布的步驟，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，其特征在于，所述通過施加單梁的均布荷載，提取橫梁相對撓度的步驟，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及橫梁荷載計算領(lǐng)域，公開了一種密橫梁橋面系橫梁荷載分布計算方法，包括：利用有限元軟件建立板桁組合結(jié)構(gòu)橋梁板殼單元有限元模型，對每根橫梁施加均布荷載并提取其相對撓度；建立單個橫梁的板殼單元有限元模型，采用兩端固接，施加相同大小的均布荷載，并提取其相對撓度；在橫梁施加與均布荷載下的作用下，橫梁的最大變形與單根橫梁在兩端固接時的最大變形之比定義為橫梁撓曲修正系數(shù)；本發(fā)明解決了，不同位置橫梁與桁架的連接介于剛接與鉸接之間，導致桿系單元有限元模型無法準確模擬，進行密橫梁荷載分布計算時，計算精確性較低；以及采用了撓曲系數(shù)后省去了板殼單元計算端部剪力的步驟，不需要再分析截面應(yīng)力分布的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉永健,李劍,劉震北,鮮榮,王琨,郭峰超,姚予康,劉雙,崔高炎,馬文杰
受保護的技術(shù)使用者：長安大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26