使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用“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。本发明专利技术通过调整“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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气管道跨越设计
，特别涉及一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法。
技术介绍
对于主梁为桁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，需在桁架内增加一根用于模拟主梁刚度的芯梁，这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。
技术实现思路
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，本专利技术提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，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“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；步骤3，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，并根据比较结果，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％；步骤4，根据差率达到小于3％时的“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，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。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。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：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：(EI)m=1n5(EI)p(GId)m=1n5(GId)p]]>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。进一步的，步骤2中所述刚度等效值的计算方法包括：设置“π”型弹簧几何参数的初始值，包括：“π”型弹簧横梁的长度、“π”型弹簧立柱的垂直长度、“π”型弹簧横梁与立柱的宽度、“π”型弹簧开口长度和“π”型弹簧厚度；将气弹模型各梁段视为刚体，建立“π”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“π”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“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G、“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，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值，即：(EI)equ=f(E,L1,L2,B1,B2,L,T,θ)(GId)qeu=g(G,L1,L2,B1,B2,L,T,θ)]]>其中：(EI)equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值；(GId)equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度等效值；L1为“π”型弹簧横梁的长度，L2为“π”型弹簧立柱的垂直长度，B1、B2分别为“π”型弹簧横梁与立柱的宽度，L为“π”型弹簧开口长度，T为“π”型弹簧厚度；θ为“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；E为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度；G为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度。进一步的，所述步骤3具体为：计算“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之间的差率，即：ηE=|(EI)equ-(EI)m|(EI)m×100%;]]>ηG=|(GId)equ-(GId)m|(GId)m×100%.]]>调整“π”型弹簧几何参数和“π”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％。本专利技术还提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的装置，包括：计算模块、调整模块和设置安装模块；所述计算模块，用于计算出气弹模型主梁的刚度期望值和“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；所述调整模块，用于根据所述计算模块计算出的“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的比较结果，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％；设置安装模块，用于根据差率达到小于3％时“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，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。进一步的，所述计算模块包括：刚度期望值计算单元和刚度等效值计算单元；所述刚度期望值计算单元，用于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，并根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值和扭转刚度期望值；所述刚度等效值计算单元，用于建立“π”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“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度，并根据“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度、“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，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值。进一步的，所述调整模块包括：比较单元和调整单元；所述比较单元，用于计算“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之间的差率；所述调整单元，用于根据所述差率调整“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达到小于3％。进一步的，所述设置安装模块包括设置单元和安装单元；所述设置单元，用于设置所述差率达到小于3％时“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；所述安装单元，用于根据所述设置单元设置的“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，将“π”型弹簧连接在主梁梁段之间本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法及装置，能够更加准确地模拟桁架加劲梁的刚度，可使气弹模型的加工和拼装过程更简便易行；通过调整“π”型弹簧的几何参数，可设计出适用于不同桥梁气弹模型的“π”型弹簧，实用性强。附图说明图1是本专利技术实施例使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法流程图；图2是本专利技术实施例“π”型弹簧顺桥向的布置图；图3是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用“π”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“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；步骤3，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，并根据比较结果，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％；步骤4，根据差率达到小于3％时的“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，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

【技术特征摘要】
1.一种使用“π”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“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接
的气弹模型主梁的刚度等效值；
步骤3，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，并根据比较结果，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％；
步骤4，根据差率达到小于3％时的“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，调整“π”型弹簧，并将“π”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：
(EI)m=1n5(EI)p(GId)m=1n5(GId)p]]>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“π”型弹簧几何参数的初始值，包括：“π”型弹簧横梁的长度、
“π”型弹簧立柱的垂直长度、“π”型弹簧横梁与立柱的宽度、“π”型弹
簧开...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：中国石油天然气管道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13