使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及油气管道跨越设计技术领域，特别设及一种使用"n"型弹黃模拟悬索 桥气弹模型主梁刚度的方法。
【背景技术】
[0002] 对于主梁为巧架结构的油气管道悬索跨越结构，其对风的作用相当敏感。如果采 用传统的气弹模型设计方法，需在巧架内增加一根用于模拟主梁刚度的巧梁，该样势必会 在一定程度上影响风的绕流状态，导致与实际桥梁的气动力有差别，进而造成气弹模型与 实桥风振响应之间有较大差别。
【发明内容】
[0003] 为了解决传统的悬索管道桥气弹模型设计方法与实桥风振响应之间的差别问题， 本发明提供了一种使用"n"型弹黃模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0005] 一种使用"n"型弹黃模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，所述方法包括W下步 骤：
[0006] 步骤1，计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；
[0007] 步骤2,将"31 "型弹黃连接在主梁梁段间，计算"JT"型弹黃连接的气弹模型主梁 的刚度等效值；
[000引步骤3,比较"31 "型弹黃连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚 度期望值，并根据比较结果，调整"n"型弹黃的几何参数和"n"型弹黃所在平面与巧架水 平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3% ;
[0009] 步骤4,根据差率达到小于3%时的"31 "型弹黃的几何参数和"31 "型弹黃所在平 面与巧架水平面的夹角，调整"n"型弹黃，并将"31 "型弹黃连接在主梁梁段间。
[0010] 进一步的，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。
[0011] 进一步的，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度期望值的计算方法包括：
[0012] 建立巧架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度 和扭转刚度；
[0013] 根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值巧I)m和扭转刚度期望值 (Gld)m，即：
[0014]
【主权项】
1. 一种使用"JT"型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，其特征在于，所述方法 包括以下步骤： 步骤1，计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值； 步骤2,将所述" 31 "型弹簧连接在主梁梁段间，计算" 31 "型弹簧连接的气弹模型主梁 的刚度等效值； 步骤3,比较" "型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期 望值，并根据比较结果，调整"JT"型弹簧的几何参数和"JT"型弹簧所在平面与桁架水平面 的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3% ; 步骤4,根据差率达到小于3%时的" 31 "型弹簧的几何参数和" 31 "型弹簧所在平面与 桁架水平面的夹角，调整" 31 "型弹簧，并将" 31 "型弹簧连接在主梁梁段间。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度包括弯曲 刚度和扭转刚度。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度期望值的 计算方法包括： 建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度和扭 转刚度； 根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值（EI)m和扭转刚度期望值（GId) m，即：
其中：EI为弯曲刚度；GId为扭转刚度；n为几何缩尺比；下标m代表气弹模型；下标p代表实桥。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述刚度等效值的计算方法包括： 设置"JT"型弹簧几何参数的初始值，包括："JT"型弹簧横梁的长度、"JT"型弹簧立柱 的垂直长度、" "型弹簧横梁与立柱的宽度、" "型弹簧开口长度和" "型弹簧厚度； 将气弹模型各梁段视为刚体，建立"JT"型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通 过悬臂梁位移法计算出" "型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G; 根据" "型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G、" "型弹簧的几何 参数和" 31 "型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，计算出" 31 "型弹簧连接的气弹模型主 梁的刚度等效值，即：
其中=(EI)raiu为"n"型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值；(GI上_为" " 型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度等效值；1^为" "型弹簧横梁的长度，L2为" "型 弹簧立柱的垂直长度，B2分别为" "型弹簧横梁与立柱的宽度，L为" "型弹簧开口 长度，T为" 31 "型弹簧厚度；0为" 31 "型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；E为" 31 "型 弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度；G为" "型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为： 计算" "型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值之 间的差率，即：
调整" 31 "型弹簧几何参数和" 31 "型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，并重新计算 所述差率，直到差率小于3%。
【专利摘要】本发明公开了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，属于油气管道跨越设计技术领域。所述方法包括：计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；比较“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值，并调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；安装“π”型弹簧。所述装置包括：计算模块、调整模块和设置安装模块。本发明通过调整“π”型弹簧几何参数，可设计出适用于不同桥梁气弹模型的“π”型弹簧，实用性强。
【IPC分类】E01D11-02
【公开号】CN104711923
【申请号】CN201510130152
【发明人】李国辉, 左雷彬, 廖海黎, 王凯, 马存明, 李明水, 马晓成, 杨春玲
【申请人】中国石油天然气管道工程有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月24日