桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法及系统，通过选择桥梁设计软件；利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构；将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上；将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计，本发明提出把桥梁三个分部以及和桥梁发生相互作用的介质放在一起形成整体结构的设计方法，可以正确揭示桥梁整体结构在荷载下的相应，确保桥梁结构设计安全可靠，经济合理。
【专利说明】
桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及桥梁工程的结构设计领域，尤其涉及一种把桥梁的桥面系结构、桥墩桥台结构以及基础结构装配成一个总体结构，并考虑与桥梁发生相互作用的周围介质的设计方法。【背景技术】
[0002]桥梁的结构形式多样，一般可分为简支梁桥，连续梁桥，刚构桥，桁架桥，拱桥，斜拉桥以及悬索桥。但无论其结构形式如何，桥梁结构总是由三个部分，即:桥面系结构，桥墩桥台结构以及基础结构所组成。通常桥梁结构承受的荷载有恒载(桥梁本身以及附属结构的重量)，活载(车辆、行人)，环境激励荷载(风、雪、温度等)以及偶然荷载(地震、爆炸等)。 一般荷载的传递路线是从桥面系传到桥台桥墩，再传到基础结构，最后通过基础结构与其周围介质(土，岩石等)的相互作用传到地下。地震荷载的传递路线正相反，地震产生的激励从基础结构经桥台桥墩传到桥面系结构，在桥面系及桥台桥墩产生惯性力，再反作用到基础结构。显然在上述荷载作用下合理的设计方法是把桥梁结构作为一个整体考虑，并考虑基础及其周围介质相互作用。但我国现行的桥梁设计规范把上部结构、下部结构以及基础结构放在不同的设计规范，并且规范也没有明确把这三部分作为一个整体进行设计的方法，现行的规范方法存在几方面问题:
[0003]把桥梁整体结构分成三个独立分部设计，需要把每一个独立部分的下部支撑结构简化成刚接，铰接或其他支座形式，该种简化存在一定的误差，导致设计结果不准确；
[0004]每一个独立分部其上部结构的用作用荷载代替，对于大型复杂桥梁来说计算分析以及输入输出非常繁琐，人工操作容易出错；
[0005]桥梁结构作为一个整体实际上是一个超静定结构，把整体结构分成三个独立分部设计，忽略了各个分部结构刚度的相互影响，导致设计结果有偏差；
[0006]现代社会交通运输系统在规模和技术水平上都有很大的提高。车流的速度、密度以及车辆的载重都在逐渐加大，这方面一个特别的例子就是我国自行研制的高速列车。高速运行的列车会对桥梁的产生冲击，使桥梁整体产生振动;反过来桥梁整体的振动又会对运行列车的平稳性和安全性产生影响，因此应该对把列车和桥梁整体作为一个系统来设计，现行规范缺少这方面的内容；
[0007]地震产生的地震波由基础结构与其周围的介质的相互作用传到桥墩，再传到桥面系结构，桥墩桥台以及基础结对地震作用均有不同程度的放大作用，现行的桥梁设计方法把三个分部分开设计忽略了放大效应，对桥面系结构的安全性产生隐患。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法及系统， 能够把桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构以及与桥梁发生作用的介质作为一个整体结构进行设计。
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法， 包括:
[0010]选择桥梁设计软件；
[0011]利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构；
[0012]将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上；
[0013]将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；
[0014]在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计。
[0015]进一步的，在上述方法中，所述桥梁设计软件包括Midas Civil、CsiBridge、Scia Engineer、Larsa 4D、RM Bridge、Lusas或者用自行编制的软件中的一种或任意组合。
[0016]进一步的，在上述方法中，所述地基元件包括线弹性或者非线性元件。
[0017]进一步的，在上述方法中，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件。
[0018]进一步的，在上述方法中，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法。
[0019]进一步的，在上述方法中，所述荷载包括恒载、活载、环境激励荷载以及偶然荷载。
[0020]根据本发明的另一面，提供一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，包括:
[0021]选择模块，用于选择桥梁设计软件；
[0022]建模模块，用于利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构；
[0023]地基介质模拟模块，用于将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上；
[0024]高速列车模拟模块，用于将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；
[0025]设计模块，用于在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计。
[0026]进一步的，在上述系统中，所述桥梁设计软件包括Midas Civil、CsiBridge、Scia Engineer、Larsa 4D、RM Bridge、Lusas或者用自行编制的软件中的一种或任意组合。
[0027]进一步的，在上述系统中，所述地基元件包括线弹性或者非线性元件。
[0028]进一步的，在上述系统中，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件。
[0029]进一步的，在上述系统中，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法。
[0030]进一步的，在上述系统中，所述荷载包括恒载、活载、环境激励荷载以及偶然荷载。 与现有技术相比，本发明通过选择桥梁设计软件;利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构;将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上;将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计，摒弃现行规范中把桥梁桥面系结构、桥墩桥台结构和基础结构单独设计的方法，提出把桥梁三个分部以及和桥梁发生相互作用的介质放在一起形成整体结构的设计方法，例如基础结构周围的土层岩石以及桥面系上的高速列车作为一个整体结构，可以正确揭示桥梁整体结构在荷载下的相应，确保桥梁结构设计安全可靠，经济合理。 【附图说明】
[0031]图1是本发明一实施例的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法的流程图；
[0032]图2是本发明一实施例的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统的模块图。【具体实施方式】
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。[〇〇34] 实施例一
[0035]如图1所示，本发明提供一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，包括: [0〇36]步骤S1，选择桥梁设计软件；
[0037]步骤S2,利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构；
[0038]步骤S3,将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上；
[0039]步骤S4,将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；[〇〇4〇]步骤S5,在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计。 本发明摒弃现行规范中把桥梁桥面系结构、桥墩桥台结构和基础结构单独设计的方法，提出把桥梁三个分部以及和桥梁发生相互作用的介质放在一起形成整体结构的设计方法，例如基础结构周围的土层岩石以及桥面系上的高速列车作为一个整体结构，可以正确揭示桥梁整体结构在荷载下的相应，确保桥梁结构设计安全可靠，经济合理。[0〇41 ]优选的，步骤51，选择合适的桥梁设计软件，比如組(^8(^￥；[1，051131^(^6,5(^3Engineer，Larsa 4D，RM Bridge，Lusas，或者用自行编制的软件中的一种或任意组合，从而能够精确建立桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构的模型。
[0042]优选的，所述地基元件包括线弹性或者非线性元件，从而对基础结构相关的地基介质进行精确模拟。
[0043]优选的，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件，从而对桥面系结构相关的高速列车进行精确模拟。
[0044]优选的，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法，从而对桥梁整体进行精确设计。
[0045]优选的，所述荷载包括恒载(桥梁本身以及附属结构的重量)，活载(车辆、行人)， 环境激励荷载(风、雪、温度等)以及偶然荷载(地震、爆炸等)，从而对各种荷载进行精确模拟。
[0046]实施例二
[0047]如图2所示，根据本发明的另一面，提供一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，包括:
[0048]选择模块1，用于选择桥梁设计软件；
[0049]建模模块2,用于利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构；
[0050]地基介质模拟模块3,用于将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上；
[0051]高速列车模拟模块4,用于将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；[〇〇52]设计模块5,用于在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计。
[0053]优选的，所述桥梁设计软件包括Midas Civil、CsiBridge、Scia Engineer、Larsa 4D、RM Bridge、Lusas或者用自行编制的软件中的一种或任意组合。
[0054]优选的，如权利要求7所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件。
[0055]优选的，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法。
[0056]优选的，所述荷载包括恒载、活载、环境激励荷载以及偶然荷载。[〇〇57]实施例二的其它详细内容具体可参见实施例一的对应部分，在此不再赘述。
[0058]综上所述，本发明通过选择桥梁设计软件;利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构;将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上;将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型；在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计，摒弃现行规范中把桥梁桥面系结构、桥墩桥台结构和基础结构单独设计的方法，提出把桥梁三个分部以及和桥梁发生相互作用的介质放在一起形成整体结构的设计方法，例如基础结构周围的土层岩石以及桥面系上的高速列车作为一个整体结构，可以正确揭示桥梁整体结构在荷载下的相应，确保桥梁结构设计安全可靠，经济合理。
[0059]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0060]专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0061]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，包括: 选择桥梁设计软件； 利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构； 将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上； 将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型； 在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设计。2.如权利要求1所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，所述桥梁设计软件包括Midas CiviKCsiBridgeNScia Engineer、Larsa 4D、RM Bridge、Lusas或者用自行编制的软件中的一种或任意组合。3.如权利要求1所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，所述地基元件包括线弹性或者非线性元件。4.如权利要求1所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件。5.如权利要求1所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法。6.如权利要求1至5任一项所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计方法，其特征在于，所述荷载包括恒载、活载、环境激励荷载以及偶然荷载。7.—种桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，包括: 选择模块，用于选择桥梁设计软件； 建模模块，用于利用选择的桥梁设计软件在计算机中建立桥梁的桥面系结构、桥台桥墩结构和基础结构； 地基介质模拟模块，用于将与所述基础结构相关的地基介质模拟成地基元件并附在所述基础结构上； 高速列车模拟模块，用于将与所述桥面系结构相关的高速列车模拟成桥面系系统并附在所述桥面系结构上形成整体模型； 设计模块，用于在所述整体模型上加上荷载后，利用计算机的算法对桥梁整体进行设i+o8.如权利要求7所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述桥梁设计软件包括Midas CiviKCsiBridgeNScia Engineer、Larsa 4D、RM Bridge、Lusas或者用自行编制的软件中的一种或任意组合。9.如权利要求7所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述地基元件包括线弹性或者非线性元件。10.如权利要求7所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述桥面系系统包括质量块、阻尼元件和弹性元件。11.如权利要求7所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述计算机的算法包括有限单元法或有限条法。12.如权利要求7至11任一项所述的桥梁与其周围介质相互作用的整体设计系统，其特征在于，所述荷载包括恒载、活载、环境激励荷载以及偶然荷载。
【文档编号】G06F17/50GK106096143SQ201610420105
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610420105.1, CN 106096143 A, CN 106096143A, CN 201610420105, CN-A-106096143, CN106096143 A, CN106096143A, CN201610420105, CN201610420105.1
【发明人】应潇斐, 戴南, 秦雨春, 顾国平
【申请人】上海市政建设有限公司