一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法技术

本申请涉及景观桥梁设计领域，具体公开了一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，该方法包括：a、模拟并确定构件参数；b、生成有限元结构分析模型；c、结构分析计算；d、导出模型族()的计算结果；e、导出模型族()的计算结果；f、结构模型检验；g、构件截面优化及承载力校核。本设计方法改善了传统景观桥设计过程中桥梁找型困难、结构受力不当、浪费多余材料等缺点。通过运用该设计方法，能够大量减少设计过程中的人力投入，利用数字化的手段对目标设计桥梁进行快速、高效的参数化迭代设计，力求在设计过程中寻求最优方案，减少设计师的时间成本投入，提高效率，具有良好的经济效益和社会效益。会效益。会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法


[0001]本申请涉及景观桥梁设计领域，尤其是涉及一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法。

技术介绍

[0002]随着经济社会的发展，建造桥梁的目的已不再局限于满足交通需要，设计师们开始着眼于设计出既能够满足桥梁使用功能，又能够反映城市经济技术发展水平的景观桥。景观桥在美学的设计原则指导下，结合工程状况和地域特征，融合艺术与结构进行创造。景观桥形式多种多样，工程中应用较多的有拱式斜拉桥，斜柱塔式斜拉桥以及斜塔式斜拉景观桥等。
[0003]例如，授权公告号为CN111041969A，专利名称为一种基于弯压设计理论的大跨度组合拱桥及设计建造方法的专利技术专利，其建造方法包括如下步骤：
[0004]预制收敛式复合曲线的拱脚段和空腹结构的拱腹
‑
拱顶段；预制拱脚支撑面水平方向呈A倾角的拱脚支撑基础；固定两个拱脚支撑基础，并将两个拱脚段分别与所述拱脚支撑基础对接；
[0005]将所述拱腹
‑
拱顶段的两端分别与所述拱脚段对接；根据拱桥各结构的结构系数判断所述拱桥是否可靠，若是，则，所述拱桥投入使用；
[0006]各结构包括拱腹
‑
拱顶段、拱脚段、拱脚支撑基础；结构系数为各结构截面的实测应力值与解应力值的比值；实测应力值为所述结构现场实际测试到的截面应力值；解应力值为结构根据空间分析算法计算获取到的应力值。
[0007]针对上述相关技术，专利技术人认为，斜拉桥(拱桥)设计过程中通常采取人工式、机械化的方式进行，依次进行找型、方案设计、深化设计等流程，操作过程中未能通过迭代的参数化方式进行方案比选，设计方式效率低下，通常不能够高效筛选出最优方案。

技术实现思路

[0008]为了改善斜塔式斜拉景观桥找型、结构优化困难的问题，本申请提供一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法。
[0009]本申请提供的一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，采用如下的技术方案：
[0010]一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，包括：
[0011]a、模拟并确定构件参数；
[0012]b、生成有限元结构分析模型；
[0013]c、结构分析计算；
[0014]d、导出模型族(α)的计算结果；
[0015]e、导出模型族(n)的计算结果；
[0016]f、结构模型检验；
[0017]g、构件截面优化及承载力校核；
[0018]其中，所述a、模拟并确定构件参数，具体包括如下步骤：
[0019]步骤S1：根据设计资料，进行景观桥的初步建筑设计，考察设计地点是否适合使用斜塔式拉索景观桥，根据实际需求和景观效果确定该景观桥的桥端支点之间的距离，即桥的跨度l，并确定桥面弯曲的轴线y1(x)；
[0020]步骤S2：根据桥面轴线与荷载，将桥面等效成普通直桥面，将桥面平面上的桥面轴线以及桥面上的荷载，向竖直面投影，桥面轴线在竖直面上的投影即等效桥面轴线为桥面平面与竖直面的交线，荷载的投影即等效荷载为q
’
(x)＝∫q(x)dy；
[0021]步骤S3：根据等效的桥面和桥面荷载，按普通斜拉桥计算桥塔的高度以及各索点位置h1、h2
……
hn。
[0022]可选的，所述a、模拟并确定构件参数，具体还包括如下步骤：
[0023]步骤S4：假设拉索强度为无穷、拉索数目按步骤S3中等效桥设计相同取用，进行实际曲线桥面的设计，根据斜塔桥的静力平衡计算，得出斜塔的倾角范围[α1,α2]；
[0024]静力平衡计算的方法为：假设拉索强度无穷大，将水平曲形桥面视为拱，每给出一个斜塔的倾角α，可以确定有且仅有唯一的拉索倾角β，根据拉索倾角β与步骤S3中得到的拉索的竖向力F竖，可以得出拉索中的水平分力为F横＝F竖/tanβ。
[0025]将斜塔4向桥面平面投影，得到斜塔4的水平分拱，将F横作用在斜塔的水平分拱模型上计算其是否满足承载能力极限状态，能够满足水平分拱承载能力最小的α值即为α1。
[0026]将F横作用在桥面的在桥面平面形成的拱模型上计算其是否满足桥面的承载能力极限状态，能够满足桥面承载力的最大α值即为α2。
[0027]步骤S5：根据步骤S4中所述斜塔倾角范围，第一次设计分析时假定斜塔与水平面的倾角α为允许最大倾角α2；
[0028]步骤S6：将桥面及斜塔按照水平投影长度平均分成n段，n的取值范围为[1,n2]，其中，分段数目上限n2由施工操作允许的最小间距及工程经验确定，第一次设计分析时假定n＝n2；
[0029]步骤S7：根据步骤S6的分段方式，以每段桥面和斜塔同一水平面上的端点为拉索端点，确定拉索的根数。根据工程经验初选拉索截面，正常情况下，拉索截面的直径一般是10cm,拉索截面的大小与桥面的长度、重量以及拉索的数量有直接的关系，例如，直径为12cm的拉索5具有500t的轴力，直径为7cm的拉索5具有200t的轴力。
[0030]可选的，所述b、生成有限元结构分析模型，具体包括如下步骤：
[0031]步骤S8：根据步骤S2
‑
S7中构件参数确定各构件端点的空间坐标，将各构件的空间位置、物理性质、截面属性、结构边界条件的信息编译为可供ansys或midas等有限元分析软件识别的命令文件；
[0032]步骤S9：根据步骤S8记载有初步设计模型信息的命令文件，在ansys或midas等有限元分析软件中读取所述命令文件，根据景观桥计算跨度l、弧形桥面轴线y1(x)、斜塔倾角α及斜塔索点位置h1、h2
……
hn；
[0033]将弧形桥面及斜塔平均分为n段，连接各段端点确定拉索位置，读取构件截面信息、构件材料信息、结构边界条件内容，生成有限元结构分析模型，按照桥面均布人行荷载进行结构受力分析计算。
[0034]可选的，所述c、结构分析计算，具体包括如下步骤：
[0035]步骤S10：根据步骤S1
‑
S9，读取有限元分析软件中建立模型及分析过程的命令流，生成新的命令文件，其中主要控制参数为景观桥计算跨度l，弧形桥面平面内矢高f1、斜塔索点高度h、斜塔水平面的倾角α、桥面及斜塔的水平分段数n，其中，n也代表斜塔式斜拉景观桥的拉索的数量；
[0036]当上述主要参数中，其中一个参数不同，而其余参数均相同时，称该系列模型为一个模型族，模型族内构件的截面尺寸、物理性质、边界条件等信息可以存在一定差异，根据计算结果合理设计，斜塔式斜拉景观桥的特征视作与函数F(l，f1，h，α，n)相关。
[0037]可选的，所述d、导出模型族(α)的计算结果，具体包括如下步骤：
[0038]步骤S11：根据步骤S9、S10的结构分析，如果分析结果中存在受压力或不受力的拉索，首先采用减小斜塔倾角α的方式，重新赋值生成载有分析模型命令流的数据文件，对该组模型族(α)迭代执行步骤S9并导出模型族(α)的计算结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，其特征在于，包括：a、模拟并确定构件参数；b、生成有限元结构分析模型；c、结构分析计算；d、导出模型族(α)的计算结果；e、导出模型族(n)的计算结果；f、结构模型检验；g、构件截面优化及承载力校核；其中，所述a、模拟并确定构件参数，具体包括如下步骤：步骤S1：根据设计资料，进行景观桥的初步建筑设计，考察设计地点是否适合使用斜塔式拉索景观桥，根据实际需求和景观效果确定该景观桥的桥端支点之间的距离，即桥的跨度l，并确定桥面弯曲的轴线y1(x)；步骤S2：根据桥面轴线与荷载，将桥面等效成普通直桥面，将桥面平面上的桥面轴线以及桥面上的荷载，向竖直面投影，桥面轴线在竖直面上的投影即等效桥面轴线为桥面平面与竖直面的交线，荷载的投影即等效荷载为q
’
(x)＝∫q(x)dy；步骤S3：根据等效的桥面和桥面荷载，按普通斜拉桥计算桥塔的高度以及各索点位置h1、h2
……
hn。2.根据权利要求1所述的一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，其特征在于：所述a、模拟并确定构件参数，具体还包括如下步骤：步骤S4：假设拉索强度为无穷、拉索数目按步骤S3中等效桥设计相同取用，进行实际曲线桥面的设计，根据斜塔桥的静力平衡计算，得出斜塔的倾角范围[α1,α2]；步骤S5：根据步骤S4中所述斜塔倾角范围，第一次设计分析时假定斜塔与水平面的倾角α为允许最大倾角α2；步骤S6：将桥面及斜塔按照水平投影长度平均分成n段，n的取值范围为[1,n2]，其中，分段数目上限n2由施工操作允许的最小间距及工程经验确定，第一次设计分析时假定n＝n2；步骤S7：根据步骤S6的分段方式，以每段桥面和斜塔同一水平面上的端点为拉索端点，确定拉索的根数。3.根据权利要求2所述的一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，其特征在于：所述b、生成有限元结构分析模型，具体包括如下步骤：步骤S8：根据步骤S2
‑
S7中构件参数确定各构件端点的空间坐标，将各构件的空间位置、物理性质、截面属性、结构边界条件的信息编译为可供有限元分析软件识别的命令文件；步骤S9：根据步骤S8记载有初步设计模型信息的命令文件，在有限元分析软件中读取所述命令文件，根据景观桥计算跨度l、弧形桥面轴线y1(x)、斜塔倾角α及斜塔索点位置h1、h2
……
hn；将弧形桥面及斜塔平均分为n段，连接各段端点确定拉索位置，读取构件截面信息、构件材料信息、结构边界条件内容，生成有限元结构分析模型，按照桥面均布人行荷载进行结构受力分析计算。4.根据权利要求3所述的一种非对称斜塔式斜拉景观桥设计方法，其特征在于：所述c、
结构分析计算，具体包括如下步骤：步骤S10：根据步骤S1
‑
S9，读取有限元分析软件中建立模型及分析过程的命令流，生成新的命令文件，其中主要控制参数为景观桥计算跨度l，弧形桥面平面内矢高f1、斜塔索点高度h、斜塔水平面的倾角α、桥面及斜塔的水平分段数n；当上述主要参数中，其中一个参数不同，而其余参数均相同时，称该系列模型为一个模型族，斜塔式斜拉景观桥的特征视作与函数F(l,f1,h,α,n)相关。5.根据权利要求4所述的一种非对...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐磊，李子乔，王少纯，王泽宇，张忆州，陈彦孜，
申请(专利权)人：上海建工一建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：