【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桁架梁桥，特别是涉及一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法及系统。
技术介绍
1、目前大跨桥梁抗风设计流程一般分为动力特性的计算、抗风性能计算分析、节段模型风洞试验、全桥气弹模型风洞试验四个阶段，而最重要的一步便是动力特性的计算，因为后期的计算分析及风洞试验均是建立在其基础之上。桥梁结构动力特性计算的有限元模型一般采用板梁模型(图1和图2)和鱼骨梁模型(图3和图4)。板梁模型是一种完备模型，是根据实桥的杆件、桥面板等构件的具体位置来建立有限元模型，具有较高的准确度，而鱼骨梁模型是板梁模型的简化，是采用刚度、质量等效的方法将实桥的主梁简化为梁单元来建模。虽然板梁模型具有较高的准确度，但是由于其单元数量巨大、模型复杂，因此不利于后期抗风计算分析的展开，相比之下，鱼骨梁模型单元数量少、模型简单，因此十分便于抗风计算分析，并且其精度也能够满足工程需求。
2、鱼骨梁模型建模一般先采用直接计算或加力反算的方式确定梁单元的剪心位置及截面惯性矩iyy、izz、ixx，然后根据实桥各杆件、桥面板的位置及材料计算其沿跨向每延米的质量和质量惯性矩，最后将质量和质量惯性矩以集中质量点的方式加在梁单元节点上。主梁的梁单元与斜拉索或吊索采用刚臂的形式进行连接，保证其连接点位置与实桥一致，因此形成了一个类似“鱼骨”的形状。
3、现有鱼骨梁模型建模方式对于箱型截面梁或双层桥面桁架梁具有一定的准确性，而对于单层桥面桁架梁来说其精度不足以满足工程需求。
4、对于箱型截面梁或双层桥面桁架梁来说，其等效的剪心和质心
5、因此，如何提供一种能够保证计算误差在工程允许范围内的大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法及系统，成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法及系统，本专利技术通过将主梁的剪心和质心分开建模，使其位于实桥的真实位置处，从而保证计算误差在工程允许范围内。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，包括：
4、根据获取的实桥图纸，建立主梁板梁模型；所述实桥图纸包括实桥主梁各杆件参数和板件参数，所述实桥主梁各杆件参数包括各杆件实际尺寸、各杆件材料和各杆件位置；所述板件参数包括板件实际尺寸、板件材料和板件位置。
5、对所述主梁板梁模型施加惯性力，计算得到所述主梁板梁模型的等效质量参数；所述等效质量参数包括主梁每延米质量、主梁每延米质量惯距和质心位置。
6、对所述主梁板梁模型施加外荷载，计算得到所述主梁板梁模型的等效刚度参数；所述等效刚度参数包括竖弯惯性矩、横弯惯性矩、扭转惯性矩和剪心位置。
7、根据所述等效质量参数和所述等效刚度参数，按照质心和剪心分离的原则，建立大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型；所述大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型用于大跨桁架梁桥抗风分析。
8、可选的，所述主梁每延米质量的计算过程为：
9、约束所述主梁板梁模型的底面四个角点，并对所述主梁板梁模型施加竖直方向的加速度场后，进行线性静力求解，得到竖向约束反力的合力。
10、根据所述竖向约束反力的合力，计算得到所述主梁板梁模型的总质量。
11、根据所述主梁板梁模型的总质量，计算得到主梁每延米质量。
12、可选的，所述质心位置的确定过程为：
13、约束所述主梁板梁模型的底面四个角点，并对所述主梁板梁模型施加竖直方向的加速度场后，进行线性静力求解，得到竖向约束反力的合力。
14、根据所述竖向约束反力的合力，计算得到质心在主梁截面横向的位置。
15、约束所述主梁板梁模型的侧面四个角点，并对所述主梁板梁模型施加水平方向的加速度场后，进行线性静力求解，得到侧向约束反力的合力。
16、根据所述侧向约束反力的合力，计算得到质心在主梁截面竖向的位置。
17、根据所述质心在主梁截面横向的位置和所述质心在主梁截面竖向的位置，确定最终主梁的质心位置。
18、可选的，所述主梁每延米质量惯距的计算过程为：
19、获取所述主梁板梁模型的两端截面质心节点。
20、根据所述两端截面质心节点，确定质心轴。
21、约束所述两端截面质心节点，并对所述主梁板梁模型施加绕质心轴的扭转加速度场后，进行线性静力求解，得到扭转约束反力矩的合力矩。
22、根据所述扭转约束反力矩的合力矩，计算得到所述主梁板梁模型的总质量惯矩。
23、根据所述主梁板梁模型的总质量惯矩，计算得到主梁每延米质量惯矩。
24、可选的，所述竖弯惯性矩的计算过程为：
25、约束所述主梁板梁模型一端的四个角点，形成悬臂梁状态。
26、在悬臂端的两个下角点处施加大小相同、方向相同的竖向外力后，进行线性静力求解，得到悬臂端的竖向位移。
27、根据所述悬臂端的竖向位移，计算得到所述主梁板梁模型的竖弯惯性矩。
28、可选的，所述扭转惯性矩的计算过程为：
29、约束所述主梁板梁模型一端的四个角点，形成悬臂梁状态。
30、在悬臂端的两个下角点处施加大小相同、方向相反的竖向外力后，进行线性静力求解，得到悬臂端截面信息，所述悬臂端截面信息包括悬臂端截面上中点的横向位移、悬臂端截面下中点的横向位移及悬臂端截面的截面高度。
31、根据所述悬臂端截面信息，计算得到悬臂端的扭转角度。
32、根据所述悬臂端的扭转角度，计算得到所述主梁板梁模型的扭转惯性矩。
33、可选的，所述剪心位置的确定过程为：
34、约束所述主梁板梁模型一端的四个角点，形成悬臂梁状态。
35、在悬臂端的两个下角点处施加大小相同、方向相反的竖向外力后，进行线性静力求解，得到悬臂端截面信息，所述悬臂端截面信息包括悬臂端截面上中点的横向位移、悬臂端截面下中点的横向位移及悬臂端截面的截面高度。
36、根据所述悬臂端截面信息计算得到所述主梁板梁模型的剪心位置。
37、可选的，所述横弯惯性矩的计算过程为：
38、约束所述主梁板梁模型一端的四个角点，形成悬臂梁状态。
39、在悬臂端截面任意一侧的上下两个角点中的一个角点施加第一水平向外力。
40、根据剪心位置和所述水平向外力的大小及方向，计算得到另一个角点所要施加的第二水平向外力的大小及方向，使所述第一水平向外力和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述主梁每延米质量的计算过程为：
3.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述质心位置的确定过程为：
4.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述主梁每延米质量惯距的计算过程为：
5.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述竖弯惯性矩的计算过程为：
6.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述扭转惯性矩的计算过程为：
7.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述剪心位置的确定过程为：
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9.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限
10.一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述主梁每延米质量的计算过程为：
3.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述质心位置的确定过程为：
4.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述主梁每延米质量惯距的计算过程为：
5.根据权利要求1所述的一种大跨桁架梁桥抗风分析有限元模型建模方法，其特征在于，所述竖弯惯性矩的计算过程为：
6.根据权利要求1所述的一种大...
【专利技术属性】
技术研发人员：马存明，张元博，段青松，裴城，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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