一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法与流程

本发明涉及铁路桥梁，具体涉及一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法。

背景技术：

1、桥梁伸缩装置是桥梁重要组成部分，是为了使车辆平稳通过桥面并满足桥梁上部结构变形的需要，在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等构件组成的各种装置的总称。温度是桥梁的一种重要荷载形式，对桥梁结构的力学性能产生显著影响，是导致桥梁结构病害和性能退化的重要因素之一。相关技术中，在对大跨度高铁桥梁梁端伸缩装置进行监测时，大部分只对梁端伸缩装置的纵向位移这种单一状态进行监测。然而随着大跨度铁路桥梁建设，大量程伸缩装置的出现，仅监测伸缩装置纵向位移也无法满足运营要求，需要充分考虑环境因素对伸缩装置构件荷载效应的影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，可简单快速得到实际温度下伸缩装置各构件的荷载效应，便于监测伸缩装置性能。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，包括以下步骤：

3、步骤10，基于钢桁梁桥的有限元模型，得到温度荷载引起位移作用下的伸缩装置的荷载效应，建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型；

4、步骤20，利用所述伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型，得到实际温度下伸缩装置中构件的荷载效应。

5、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤10具体包括：

6、步骤101，建立钢桁梁桥的有限元模型，并对有限元模型中的伸缩装置进行区域分割，得到子模型和整体模型；

7、步骤102，对整体模型的杆件施加单位温度荷载，得到切割节点分别在单个杆件单位温度作用下的位移；

8、步骤103，将切割节点在各杆件单位温度作用下的位移作为约束条件施加到子模型上，得到子模型中构件在单个杆件单位温度引起单个切割节点位移作用下的荷载效应；

9、步骤104，累加构件在所有杆件温度引起所有切割节点位移作用下的荷载效应，得到伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型。

10、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤101具体包括：

11、根据钢桁梁桥的设计资料，确定钢桁桥梁参数，建立钢桁梁桥有限元模型；

12、根据钢桁梁桥有限元模型，将伸缩装置部分切割出来，作为子模型，不含伸缩装置的部分作为整体模型；

13、切割伸缩装置后，子模型和整体模型均形成横断面，两个横断面上分别具有一一对应的子模型切割节点nj和整体模型切割节点pj；其中，j＝1,2,3,…,q，q表示切割节点总数。

14、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤102具体包括：

15、对整体模型的所有杆件分别施加单位温度荷载，得到整体模型切割节点pj在杆件ii的单位温度作用下在x方向上的位移kijx、在y方向上的位移kijy和在z方向上的位移kijz；其中，i＝1,2,3,…,g，g表示钢桁梁桥的杆件总数。

16、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤103具体包括：

17、将整体模型切割节点pj在三个方向上的位移作为约束条件，施加到对应的子模型切割节点nj上，进行子模型有限元模拟分析；得到子模型的第r个构件在杆件ii的单位温度引起子模型切割节点nj在x方向的位移作用下的第u种荷载效应mu,r,x,i,j，子模型的第r个构件在杆件ii的单位温度引起子模型切割节点nj在y方向的位移作用下的第u种荷载效应mu,r,y,i,j，子模型的第r个构件在杆件ii的单位温度引起子模型切割节点nj在z方向的位移作用下的第u种荷载效应mu,r,z,i,j。

18、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤104具体包括：

19、基于子模型中构件的荷载效应是所有子模型切割节点的三个方向位移约束的共同作用结果，三个方向位移约束是整体模型所有杆件温度场作用下的共同作用结果，得到式(1)所示的伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型：

20、

21、式中，mu,r表示伸缩装置中第r个构件的第u种荷载效，ti表示第i根杆件的实际温度。

22、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

23、(1)本发明实施例提供的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，先基于钢桁梁桥的有限元模型，得到温度荷载引起位移约束作用下的荷载效应，从而建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型；再利用伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型，得到实际温度下伸缩装置中构件的荷载效应。本发明方法可快速得到实际温度下的伸缩装置各构件的荷载效应，及时评估伸缩装置在温度荷载作用下是否存在损伤，便于监测伸缩装置性能，简单实用，具有很好的可行性，减少重复投资。

24、(2)本发明实施例方法建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型时，基于钢桁梁桥的有限元模型，在整体模型上施加温度荷载，得到整体模型各切割节点分别在单个杆件单位温度作用下的位移，再将位移施加到子模型上，得到子模型中构件在单个杆件单位温度引起的单个切割节点位移作用下的荷载效应，累加所有杆件单位温度引起的所有切割节点的位移作用下的荷载效应，建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型。

25、(3)本发明实施例方法建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型时，考虑三个方向位移约束，施加约束到子模型节点上，更加贴合实际工况，三维条件下来考虑温度效应影响，模拟精度高，建立的伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型更加准确精细，得到的实际温度下伸缩装置中构件的荷载效应更准确。

技术特征：

1.一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，所述步骤10具体包括：

3.根据权利要求2所述的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，所述步骤101具体包括：

4.根据权利要求3所述的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，所述步骤102具体包括：

5.根据权利要求4所述的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，所述步骤103具体包括：

6.根据权利要求2所述的温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，其特征在于，所述步骤104具体包括：

技术总结
本发明提供一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，包括以下步骤：步骤10，基于钢桁梁桥的有限元模型，得到温度荷载引起位移作用下的伸缩装置的荷载效应，建立伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型；步骤20，利用伸缩装置中构件的荷载效应与温度之间的关系模型，得到实际温度下伸缩装置中构件的荷载效应。本发明提供的一种温度作用下钢桁梁桥伸缩装置荷载效应的获取方法，可简单快速得到实际温度下伸缩装置各构件的荷载效应，便于监测伸缩装置性能。

技术研发人员：张爱军,唐显云,孙雪冬,张路,孙涛,国璟,王洪章,刘旭远,徐世阳,王高新,柳志军
受保护的技术使用者：宿迁市公路事业发展中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15