一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，包括以下步骤：将单箱单室箱梁截面划分为悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域；依据悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域的拐点数量及尺寸大小关系，将悬臂、顶板翼缘、底板翼缘数字孪生仿真为节线形式；依据腹板区域拐点数量及尺寸大小关系，将腹板数字孪生仿真为节线形式；合并各区域的局部节线信息形成截面的全局节线数据；依次计算各条全局节线的有效宽度，形成截面的有效宽度数据；完成单箱单室截面有效宽度计算。本发明专利技术能够针对铁路桥梁单箱单室截面，高效快捷地进行多拐点单箱单室截面有效宽度计算，适用范围广，通用性强。通用性强。通用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法


[0001]本专利技术属于交通运输业桥梁工程
，具体涉及一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法。

技术介绍

[0002]在桥梁结构计算中，箱梁截面存在因腹板处剪力流向翼板传递的滞后而导致翼板位移、纵向应力沿横向呈现不均匀分布的现象，即剪力滞效应，各国规范普遍采用通过计算箱梁截面有效宽度的方式来考虑这种效应。
[0003]对于常用的铁路桥梁单箱单室截面，在截面有效宽度的计算中，由于截面的拐点数量及各部位尺寸相对大小组合数量众多，为减少组合数量，一般情况下会根据设计需要固定拐点数量，以及各部位尺寸相对大小关系，然后针对该种截面形式，编制程序计算截面的有效宽度。但是这种方式的缺点是显而易见的，即一旦出现截面拐点数量增加或各部位尺寸大小关系有变化的情况，就需要重新编制程序，导致程序的通用性较低。
[0004]针对铁路桥梁单箱单室截面有效宽度计算中存在的实际问题，亟需一种更具通用性的数字孪生计算方法，高效快捷地进行多拐点单箱单室截面有效宽度计算。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，包括以下步骤：A.将单箱单室箱梁截面划分为悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域；B.依据悬臂区域的拐点数量及尺寸大小关系，将截面悬臂数字孪生仿真为节线形式；C.依据顶板翼缘区域的拐点数量及尺寸大小关系，将顶板翼缘数字孪生仿真为节线形式；D.依据底板翼缘区域拐点数量及尺寸大小关系，将底板翼缘数字孪生仿真为节线形式；E.依据腹板区域拐点数量及尺寸大小关系，将腹板数字孪生仿真为节线形式；F.合并各区域的局部节线信息形成截面的全局节线数据；G.依次计算各条全局节线的有效宽度，形成截面的有效宽度数据；H.完成单箱单室截面有效宽度计算。
[0007]更进一步的，拐点的定义，具体如下：悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域中截面折线变化处衔接点为拐点。
[0008]更进一步的，节线的定义和判定，具体如下：首先，将一条位于某一高度位置的无限长水平线与区域相交得到的线段即为节线；然后，将上述节线作为该高度位置的节线，并假设其长度为l0，当水平线与区域不相交时l0=0；再后，将水平线向上移动一段的距离，其与截面悬臂区域相交得到的节线长度为l1；再后，将水平线向下移动一段的距离，其与截面悬臂区域相交得到的节线长度为l2；最后，将l1、l2分别与l0作差，若差值无限接近于0，则舍弃该节线，否则将其作为该高度位置的节线。
[0009]更进一步的，步骤A将单箱单室箱梁截面划分为悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域中，悬臂区域、顶板翼缘区域位于截面顶部，底板翼缘区域位于截面底部，腹板区域竖向贯穿截面；悬臂区域位于腹板区域左侧，顶板翼缘区域位于腹板区域右侧，悬臂区域、顶板翼缘区域的横向尺寸从截面顶部往下逐渐减小，底板翼缘位于腹板右侧，其横向尺寸从截面顶部往下逐渐增大。
[0010]更进一步的，步骤B中依据悬臂区域拐点数量及尺寸大小关系，将悬臂数字孪生仿真为节线形式，具体过程如下：a.根据节线位于哪两个拐点之间进行分类，得到若干个Ⅰ号子分支；b.根据a中拐点是否均存在进行分类，进一步得到若干个Ⅱ号子分支；c.对b得到的每个分支，根据各拐点竖向的高低位置进行分类，进一步得到若干个Ⅲ号子分支；d.对c得到的每个子分支，根据节线位于哪两个拐点之间进行分类，进一步得到若干个Ⅳ号子分支；e.对d得到的每个子分支，根据拐点之间的高差是否为极小值进行分类，进一步得到若干个
Ⅴ
号子分支；f.根据e得到的每个子分支，得到悬臂区域任意高度位置的节线数据。
[0011]更进一步的，步骤E中依据腹板区域拐点数量及尺寸大小关系，将腹板数字孪生仿真为节线形式，具体过程如下；a.根据拐点是否均存在进行分类，得到若干个
ⅰ
号子分支；b.对a得到的每个分支，根据各拐点竖向的高低位置进行分类，进一步得到若干个
ⅱ
号子分支；c.对b得到的每个子分支，根据节线位于哪两个拐点之间进行分类，进一步得到若干个
ⅲ
号子分支；d.根据c得到的每个子分支，得到腹板区域任意高度位置的节线数据。
[0012]更进一步的，悬臂区域中某一高度位置处节线数量最少为1条，最多为2条，悬臂区域中当某一高度位置处存在两条节线时，按从截面顶部往下节线长度依次减小的原则对两条节线进行排列。
[0013]更进一步的，顶部翼缘区域与悬臂区域的拐点、节线划分排列方式相同；
底部翼缘区域与悬臂区域的拐点、节线划分方式相同，底部翼缘区域当某一高度位置处存在两条节线时，按从截面顶部往下节线长度依次增大的原则对两条节线进行排列。
[0014]更进一步的，步骤F合并各区域的局部节线信息形成截面的全局节线数据，具体过程如下：首先，从截面某个拐点处引一条无限长水平线，分别求得各区域的局部节线；然后，将各区域的局部节线进行扩展，求得各区域局部节线数量的最大值LNum，在依次扩展各区域的局部节线，当区域中局部节线数量小于LNum时，复制当前局部节线形成LNum条局部节线，否则不进行扩展。
[0015]再后，合并各区域的局部节线信息形成全局节线。
[0016]最后，依次对截面各个拐点执行以上步骤，形成截面的全局节线数据。
[0017]更进一步的，步骤G依次计算各条全局节线的有效宽度，形成截面的有效宽度数据，具体过程如下：全局节线包含了在悬臂、顶板翼缘、底板翼缘、腹板区域中的长度，以及该节线距截面顶部的距离等数据；使用上述数据即可计算得到该节线在各区域的有效宽度，从而进一步得到截面的有效宽度数据。
[0018]本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对铁路桥梁单箱单室截面的有效宽度计算，先将截面分为悬臂、顶板翼缘、底板翼缘、腹板等四个区域分别形成局部节线数据，将拐点数量及尺寸大小关系的组合限制在某一区域内，极大减少了组合数量，解决了全局节线跨越多个区域时的组合爆炸问题，然后再合并各区域的局部节线信息形成截面的全局节线数据，极大方便了多拐点单箱单室截面有效宽度的计算。
[0019]本专利技术能够针对铁路桥梁单箱单室截面，高效快捷地进行多拐点单箱单室截面有效宽度计算，适用范围广，通用性强。
附图说明
[0020]图1 为本专利技术的方法流图；图2 为本专利技术具体实施方式中的截面示意图；图3为本专利技术具体实施方式中步骤B的分支示意图；图4为本专利技术具体实施方式中步骤D的分支示意图；图5为本专利技术实施例一的截面尺寸图；图6为本专利技术实施例一计算得到的截面全局节线数据；图7为本专利技术实施例一计算得到的截面有效宽度数据；图8为本专利技术实施例二的截面尺寸图；图9为本专利技术实施例二计算得到的截面全局节线数据；图10为本专利技术实施例二计算得到的截面有效宽度数据。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，其特征在于：包括以下步骤：（A）将单箱单室箱梁截面划分为悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域；（B）依据悬臂区域的拐点数量及尺寸大小关系，将截面悬臂数字孪生仿真为节线形式；（C）依据顶板翼缘区域的拐点数量及尺寸大小关系，将顶板翼缘数字孪生仿真为节线形式；（D）依据底板翼缘区域拐点数量及尺寸大小关系，将底板翼缘数字孪生仿真为节线形式；（E）依据腹板区域拐点数量及尺寸大小关系，将腹板数字孪生仿真为节线形式；（F）合并各区域的局部节线信息形成截面的全局节线数据；（G）依次计算各条全局节线的有效宽度，形成截面的有效宽度数据；（H）完成单箱单室截面有效宽度计算。2.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，其特征在于：拐点的定义，具体如下：悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域中截面折线变化处衔接点为拐点。3.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，其特征在于：节线的定义和判定，具体如下：首先，将一条位于某一高度位置的无限长水平线与区域相交得到的线段即为节线；然后，将上述节线作为该高度位置的节线，并假设其长度为l0，当水平线与区域不相交时l0=0；再后，将水平线向上移动一段的距离，其与截面悬臂区域相交得到的节线长度为l1；再后，将水平线向下移动一段的距离，其与截面悬臂区域相交得到的节线长度为l2；最后，将l1、l2分别与l0作差，若差值无限接近于0，则舍弃该节线，否则将其作为该高度位置的节线。4.根据权利要求3所述的一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，其特征在于：步骤（A）将单箱单室箱梁截面划分为悬臂区域、顶板翼缘区域、底板翼缘区域、腹板区域中，悬臂区域、顶板翼缘区域位于截面顶部，底板翼缘区域位于截面底部，腹板区域竖向贯穿截面；悬臂区域位于腹板区域左侧，顶板翼缘区域位于腹板区域右侧，悬臂区域、顶板翼缘区域的横向尺寸从截面顶部往下逐渐减小，底板翼缘区域位于腹板区域右侧，其横向尺寸从截面顶部往下逐渐增大。5.根据权利要求3所述的一种铁路桥梁单箱单室截面有效宽度数字孪生计算方法，其特征在于：步骤（B）中依据悬臂区域拐点数量及尺寸大小关系，将悬臂数字孪生仿真为节线形式，具体过程如下：（a）根据节线位于哪两个拐点之间进行分类，得到若干个Ⅰ号子分支；（b）根据（a）中拐点是否均存在进行分类，进一步得到若干个Ⅱ号子分支；（c）对（b）得到的每个分支，根据各拐点竖向的高低位置进行分类，进一步得到若干个Ⅲ号子分支；（d）对（c）得到的每个子分支，根据节线位于哪两个拐点之间进行分类...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅安民，苏伟，王雨权，廖立坚，李艳，杨智慧，张兴华，刘龙，周岳武，白青波，吴迪，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：