一种基于全局最优解计算模型的预制结构布梁计算方法与流程

本发明涉及公路桥梁，特别涉及一种基于全局最优解计算模型的预制结构布梁计算方法。

背景技术：

1、随着我国数字化水平的提高，工程数字化程度逐渐加深，越来越多的工程项目开始使用数字化软件进行桥梁设计，而在预制梁布梁计算中，通常人们会使用直线梁折线布置来适应曲线段路线，在这个环节，亟需合理可行的方法解决目前存在的问题。首先，预制梁曲线段以直代曲的布置方式所受影响因素诸多，包括预制梁的类型、曲线半径的大小、预制梁纵向长度、悬臂可加宽的宽度、桥墩偏移布梁以及护栏根据曲线适应进行安装的方式等，且上述几个方面影响因素会灵活组合而产生各异的方案，造成不同路线上布梁方案选择灵活性大、复杂性高；其次，目前手工计算的方式常常仅采用一次迭代计算、既只通过弓高计算来布梁，不再考虑后续可以选择的布梁方式，客观上未达到布梁计算最优解，预制梁布梁最大的难点在于根据不同路段、不同梁型选择最优的布梁方案，目的在于减少悬臂的变化和湿接缝混凝土的用量。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于全局最优解计算模型的预制结构布梁计算方法，能快速准确计算合理的预制梁桥布置方式，适应平行或不平行时的桥梁模型，并计算曲线布梁时的悬臂或湿接缝调整值；可实现工程中布梁位置与湿接缝宽度在任意角度下的精确计算，更好的满足预制梁布置的计算需求。

2、为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：一种基于全局最优解计算模型的预制结构布梁计算方法，包括以下步骤：

3、s1、获得桥梁边线，路线设计线，主梁类型，主梁参数，布梁设置，起终点桩号与跨径表达式，交角基础数据；

4、s2、根据不同的主梁类型，计算弓高值l；

5、s3、以跨为单位计算第i跨的弓高值为li，依次计算出一联内每一跨的弓高li；

6、s4、判断联内最大弓高值l是否小于护栏调整值t，若小于t，则无需进行计算直接布梁，若l>t，则进入s5；

7、s5、判断是否允许主梁支点横移，若允许支点横移且横移后的弓高值小于护栏调整值t，则可通过支点横移布梁；若支点横移后的弓高值大于t或不允许主梁支点横移，则进入s6；

8、s6、判断是否允许调整悬臂，若允许调整悬臂，则通过加宽悬臂布梁并输出结果；若超出悬臂调整值范围或不允许调整悬臂，则进入s7；

9、s7、判断是否允许调节湿接缝，若不允许调节湿接缝，则布梁失败；若允许调节湿接缝，则通过增大主梁间湿接缝宽度布梁并输出结果，如湿接缝增加后超过了湿接缝最大值，则根据湿接缝最大值进行布梁。

10、可选地，在步骤s1中，桥梁边线为实际桥梁所在的左右侧轮廓线，路线设计线为实际路线设计线，主梁类型包含空心板、t梁与小箱梁，主梁参数包括主梁宽度、边梁外悬臂宽、主梁片数，布梁设置包括湿接缝允许范围、现浇段调整范围、护栏调整值、是否允许整体横移、是否允许湿接缝加宽、是否允许悬臂加宽，起终点桩号与跨径表达式是作为定位桥梁的方式，桥梁交角用于区分每一个桥墩位置处跨径线的斜交角，根据以上方案影响因素并根据计算的弓高值建立方案选择数学模型如公式(1)：

11、pba＝{da,ta,tra,ra,wa,wra}        公式(1)

12、式中：pba是预制梁布梁设计方案；da是直接布梁方案；ta是横移布梁方案；tra是平移且调整悬臂方案；ra是调整悬臂布梁方案，wa是增加湿接缝布梁方案，wra是增加湿接缝且调整悬臂布梁方案。

13、可选地，在步骤s2中，需要区分所计算主梁的类型，当主梁为空心板时采用平行布梁法，计算所使用的弓高值为设计线割线与路线设计线弓出的最大距离；

14、当主梁为t梁或小箱梁时采用扇形布梁法，计算所使用的弓高值为桥梁左右边线与设计割线弓出距离的最大值。

15、可选地，在步骤s3中，需要根据主梁类型，计算出一联内每一跨的弓高值l1、l2、l3...ln。

16、可选地，在步骤s4中，找到联内的最大弓高值，根据弓高值lmax与护栏调整值t的大小关系进行布梁；

17、lmax＝max(l左,l右) 公式(2)

18、

19、式中：

20、l左——左侧弓高值；

21、l右——右侧弓高值；

22、lmax——左右侧弓高值中的最大值；

23、da——直接布梁方案；

24、other——除直接布梁方案以外的其他方案；

25、t——护栏调整值。

26、可选地，在步骤s5中，需要根据布梁设置中是否允许主梁支点横移进行判断，并根据步骤s4中计算的弓高值，计算每跨支点的横移距离，之后进行布梁判断，具体方法如下；

27、(1)读取布梁设置规则，判断是否允许主梁支点横移；

28、(2)若允许支点横移，则根据每跨的弓高值，计算每个跨径线处支点的横移距离，横移距离计算公式如下：

29、δdn＝(li+li+1)/4 公式(4)

30、式中：

31、δdn——第n个跨径线处支点向曲线外侧横移的距离；

32、li——第i跨，也即第n个跨径线前跨的弓高值；

33、li+1——第i+1跨，也即第n个跨径线后跨的弓高值；

34、(3)计算支点横移后每跨的弓高值，l′1、l′2、l′3...l′m；

35、(4)判断此时一联内最大的弓高值与护栏调整值t的关系，根据公式(5)选择布梁方案模型；

36、

37、式中：

38、ta——横移布梁方案；

39、other——除横移布梁方案以外的其他方案；

40、li‘——支点横移后每跨的弓高值，其中，i代表第i跨；

41、t——护栏调整值。

42、可选地，在步骤s6中，需要根据布梁设置中是否允许调整悬臂以及是否已进行过支点横移进行判断，并采用合适的弓高值进行布梁判断，具体方法如下；

43、(1)读取布梁设置规则，判断是否允许调整悬臂；

44、(2)若允许调整悬臂，判断是否已进行过支点横移，若已横移采用横移后的弓高值l’，若未横移采用弓高值l；

45、(3)判断护栏调整值t和悬臂调整值c之和与此时的弓高值的关系，根据公式(6)选择布梁方案模型；

46、

47、式中：

48、ra——调整悬臂布梁方案；

49、tra——平移且调整悬臂方案；

50、other——除以上布梁方案以外的其他方案；

51、li‘——支点横移后每跨的弓高值，其中，i代表第i跨；

52、t——护栏调整值；

53、c——悬臂调整值。

54、可选地，在步骤s7中，需要根据布梁设置中是否允许调节湿接缝进行布梁，具体方法如下；

55、(1)读取布梁设置规则，判断是否允许调节湿接缝；

56、(2)若允许调节湿接缝，根据公式(7)和公式(8)计算每个湿接缝增加的宽度；

57、δwn＝(li+li+1)/2              公式(7)

58、δdn＝δwn/k             公式(8)

59、式中：

60、δwn——第n个跨径线处湿接缝总增加宽度；

61、δdn——第n个跨径线处每个湿接缝需增加的宽度；

62、li——第i跨，也即第n个跨径线前跨的弓高值；

63、li+1——第i+1跨，也即第n个跨径线后跨的弓高值；

64、k——第n个跨径线处湿接缝个数；

65、(3)判断湿接缝增加后是否超出限定值，若超出限定值，则以湿接缝最大值进行计算，如公式(9)所示：

66、

67、式中：

68、d′n——第n个跨径线处湿接缝增加后的宽度；

69、δdn——第n个跨径线处每个湿接缝需增加的宽度；

70、dn——第n个跨径线处湿接缝宽度；

71、dmax——第n个跨径线处湿接缝最大值；

72、‘’

73、(5)计算湿接缝加宽后的弓高值li，判断护栏调整值t、悬臂调整值c与此时的弓高值的关系，根据公式(10)选择布梁方案模型；

74、

75、wa——增加湿接缝布梁方案；

76、wra——增加湿接缝且调整悬臂布梁方案；

77、‘’

78、li——湿接缝加宽后每跨的弓高值，其中，i代表第i跨；

79、t——护栏调整值；

80、c——悬臂调整值。

81、由上，布梁计算中最关键的问题是要解决将直线梁片布置在曲线段落上，但由于曲线与直线存在间隙，因此就需要通过种种布梁手段处理掉图7所示虚线与左侧轮廓线之间缺失的部分。本发明中，s2、s3为关键步骤，根据s2、s3中计算的弓高值l，可以计算该跨所处的曲线段凹凸程度，从而判断可通过何种方式进行布梁；另外在布梁计算中，人为计算通常会采用一种方法进行计算，导致不能得到布梁计算的最优解；而计算机计算虽然会采用多种方式组合计算，但容易陷入多种方式计算的无限迭代中，步骤s4-s7解决了以上问题，通过以上算法可在有限次计算中解决此问题。

82、与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：本方法通过建立方案选择数学模型，快速构建不同路段、不同梁型、不同方案下的布梁计算逻辑，得到每片梁在其位置处布置的最优解；能快速准确计算合理的预制梁桥布置方式，适应平行或不平行时的桥梁模型，并计算曲线布梁时的悬臂或湿接缝调整值。本发明可实现工程中布梁位置与湿接缝宽度在任意角度下的精确计算，更好的满足预制梁布置的计算需求。