一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置

摘要

本申请公开了一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置，涉及桥梁工程技术领域，该方法包括：获取曲线桥梁的基本参数，计算车辆的离心力荷载；建立曲线桥梁空间分析模型，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线；于最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力；基于曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力，以该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，作为该支座的最小反力。本申请的方法及装置，计算得到的最小反力可保证为最不利反力，以提高支座最小反力的计算精确度，确保桥梁结构的安全。

说明书

技术领域

本申请涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置。

背景技术

曲线桥梁是指桥梁平面线型呈某种曲线形状的桥梁，其曲线形状大多数为圆曲线，有时候也呈缓和曲线，曲线桥梁广泛适用于城市高架桥、立交桥匝道、接线桥梁等，是桥梁结构中常用的类型。车辆离心力是指车辆在转弯时，绕某个圆心远动，进而对曲线桥梁产生横桥向的推力，且车辆离心力与车速的平方呈正比，与曲线半径呈反比。

相关技术中，通过进行车辆离心力的加载，以获取曲线桥梁各个支座的最小反力，并采取压重等措施，以防止支座脱空威胁桥梁结构安全。车辆离心力加载模式为，找出曲线桥梁的弧线段，在该弧线段全长上均加载离心力。

这种加载模式，虽设计思路简单，计算加载也不复杂，但是其计算过程却不合理，仅考虑了车辆离心力的加载，割裂了车辆离心力与车辆竖向活载的关系，使得计算的支座反力并非最不利的工况，对桥梁结构安全储备造成了潜在不利的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置，以解决相关技术中计算的支座反力并非最不利的工况，容易对桥梁结构安全储备造成潜在不利影响的问题。

本申请第一方面提供一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法，其包括步骤：

获取曲线桥梁的基本参数，计算车辆的离心力荷载；

建立曲线桥梁空间分析模型，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线；

于上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力；

基于上述曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力；

以该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，作为该支座的最小反力。

一些实施例中，上述其他工况包括桥梁恒载工况；

基于上述曲线桥梁空间分析模型，以桥梁恒载工况下该支座的反力作为该支座于桥梁恒载工况下的其他最小反力。

一些实施例中，上述其他工况还包括温度荷载工况；

获取温度荷载工况下的其他最小反力，具体包括：

选取预设温度范围内的多个温度，基于上述曲线桥梁空间分析模型，依次获取不同温度荷载下该支座的反力；

以最小的反力作为该支座于温度荷载工况下的其他最小反力。

一些实施例中，上述其他工况还包括风荷载工况；

获取风荷载工况下的其他最小反力，具体包括：

基于上述曲线桥梁空间分析模型，依次获取不同风荷载下该支座的反力；以最小的反力作为该支座于风荷载工况下的其他最小反力。

一些实施例中，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线，具体包括：

对上述曲线桥梁空间分析模型施加单位移动竖向荷载，获取该支座的反力影响线函数；

获取上述反力影响线函数的负值区域，作为该支座的最小反力影响线。

一些实施例中，于上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力，具体包括：

于上述最小反力影响线对应的桥梁位置移动加载竖向荷载，获取多个竖向荷载支座反力，并选取最小的竖向荷载支座反力作为该支座的竖向最小反力；

于上述最小反力影响线对应的桥梁位置移动加载离心力荷载，获取多个离心力荷载支座反力，并选取最小的离心力荷载支座反力作为该支座的离心力最小反力；上述离心力荷载加载与车辆的竖向荷载加载的作用点位置相同。

一些实施例中，上述曲线桥梁的基本参数包括曲线桥梁的弧线半径、车辆车道数和行车设计速度。

一些实施例中，上述离心力荷载为车道荷载与离心力系数的乘积；

上述离心力系数C为：

其中，v为行车设计速度，R为曲线桥梁的弧线半径。

本申请第二方面提供一种曲线桥梁支座最小反力的确定装置，其包括：

第一计算模块，其用于获取曲线桥梁的基本参数，计算车辆的离心力荷载；

建模模块，其用于建立曲线桥梁空间分析模型，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线；

第一获取模块，其用于在上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力；

第二获取模块，其用于基于上述曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力；

第二计算模块，其用于计算该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，并作为该支座的最小反力。

一些实施例中，上述其他工况包括桥梁恒载工况和温度荷载工况。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置，由于建立曲线桥梁空间分析模型后，可获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线，进而于最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，以获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力，然后基于曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力，即可计算该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，并作为该支座的最小反力，即最不利反力；因此，将车辆竖向荷载与车辆离心力建立联系，确保两者的加载位置一致，能有效模拟真实的离心力加载情况，同时协同多个其他工况下的其他最小反力计算得到的最小反力，可保证为最不利反力，以提高支座最小反力的计算精确度，确保桥梁结构的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中曲线桥梁支座最小反力的确定方法的流程图；

图2为本申请实施例中支座反力Z的反力影响线函数的图形；

图3为本申请实施例中曲线连续梁的跨度布置示意图；

图4为本申请实施例中曲线连续梁的横断面示意图；

图5为本申请实施例中支座1-1的最小反力影响线示意图；

图6为本申请实施例中支座1-1的离心力加载示意图。

附图标记：

1、支座1-1；2、支座1-2；3、支座2-1；4、支座2-2；5、支座3-1；6、支座3-2；7、桥梁外边线；8、桥梁中心线；9、桥梁内边线。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请实施例提供了一种曲线桥梁支座最小反力的确定方法及确定装置，其能解决相关技术中计算的支座反力并非最不利的工况，容易对桥梁结构安全储备造成潜在不利影响的问题。

如图1所示，本申请实施例的曲线桥梁支座最小反力的确定方法，其包括以下步骤：

S1.获取曲线桥梁的基本参数，计算车辆的离心力荷载。

S2.建立曲线桥梁空间分析模型，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线。

S3.于上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力。

S4.基于上述曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力。

S5.以该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，作为该支座的最小反力，进而可得到各个支座的最小反力。

本实施例的确定方法，通过建立曲线桥梁空间分析模型，可获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线，进而于最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，以获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力，然后基于曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力，即可计算该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，并作为该支座的最小反力，即该支座的最不利反力。

由于离心力是由车辆运动引起的，与车辆竖向荷载之间关系密切，因此，将车辆竖向荷载与车辆离心力建立联系，确保两者的加载位置一致，能有效模拟真实的离心力加载情况，同时协同多个其他工况下的其他最小反力计算得到该支座的最小反力，可保证为支座的最不利反力，以提高支座最小反力的计算精确度，确保桥梁结构的安全。

本实施例中，上述其他工况包括桥梁恒载工况，恒载主要由结构自重控制；基于上述曲线桥梁空间分析模型，以桥梁恒载工况下该支座的反力，作为该支座于桥梁恒载工况下的其他最小反力。

本实施例中，由于桥梁的恒载为位置和大小均恒定，因此，采用一次固定加载模式，即可得到桥梁恒载工况下的其他最小反力。

进一步地，上述其他工况还包括温度荷载工况；获取温度荷载工况下的其他最小反力，具体包括以下步骤：

首先，选取预设温度范围内的多个温度，基于上述曲线桥梁空间分析模型，依次获取不同温度荷载下该支座的反力；

然后，选取上述不同温度荷载下的反力中最小的反力，作为该支座于温度荷载工况下的其他最小反力。

可选地，对于如海边等存在大风的特殊环境下的曲线桥梁，上述其他工况还包括风荷载工况；获取风荷载工况下的其他最小反力，具体包括以下步骤：

基于所述曲线桥梁空间分析模型，依次获取不同风荷载下该支座的反力；以最小的反力作为该支座于风荷载工况下的其他最小反力。

在上述实施例的其他上，本实施例中，上述步骤S2的获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线，具体包括以下步骤：

首先，对上述曲线桥梁空间分析模型施加单位移动竖向荷载，获取该支座的反力影响线函数。

然后，获取上述反力影响线函数的负值区域，作为该支座的最小反力影响线，进而可得到每个支座的最小反力影响线。

如图2所示，单位移动竖向荷载作用在桥梁上时，可获得支座反力量值Z的变化规律的图形，即反力影响线函数，最小反力即仅在影响线函数的负号区域加载活载。

本实施例中，获取支座的最小反力影响线后，在此最小反力影响线范围内进行离心力加载时，可以保证汽车竖向荷载同样引起最小反力，即离心力和竖向荷载加载为同一位置。

进一步地，上述步骤S3中，于上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力，具体包括以下步骤：

首先，于上述最小反力影响线对应的桥梁位置移动加载车辆的竖向荷载，即竖向车道荷载，获取多个竖向荷载支座反力，并选取最小的竖向荷载支座反力作为该支座的竖向最小反力。

其中，车辆的竖向荷载在桥梁上的作用点是移动的，采用移动加载模式，即影响线加载，即可获得多个竖向荷载支座反力。

然后，于上述最小反力影响线对应的桥梁位置移动加载离心力荷载，即车辆水平荷载，获取多个离心力荷载支座反力，并选取最小的离心力荷载支座反力作为该支座的离心力最小反力。

其中，离心力荷载在桥梁上的作用点是移动的，采用移动加载模式，并利用离心力与竖向荷载的关系，保证离心力荷载加载与车辆的竖向荷载加载的作用点位置相同，即可获得多个离心力荷载支座反力。

因此，在支座的最小反力影响线所对应的单元位置，分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载时，可保证车辆的竖向荷载和离心力荷载的加载位置一致。

本实施例中，上述曲线桥梁的基本参数包括曲线桥梁的弧线半径、车辆车道数和行车设计速度。

进一步地，根据JTG D60-2015《公路桥涵通用设计规范》的荷载要求，车辆荷载离心力为按照车道荷载(不计冲击力)乘以离心力系数C计算得到。即上述离心力荷载为车道荷载与离心力系数的乘积；基于车辆车道数可确定该曲线桥梁的车道荷载。

上述离心力系数C为：

其中，v为行车设计速度，其单位为km/h，R为曲线桥梁的弧线半径，其单位为m。

以一座2跨曲线连续梁为例，如图3所示的跨度布置，该曲线连续梁的跨度布置为2×27m，弧线半径R为43m，曲线梁横向宽5m，桥梁外边线7、桥梁中心线8和桥梁内边线9如图所示。该连续梁设置3个桥墩，每个桥墩上的支座距离梁中心线1m，分别为支座1-1、支座1-2、支座2-1、支座2-2、支座3-1、支座3-2。

如图4所示的桥梁横断面，该连续梁横向仅设置1个机动车道，行车速度60km/h。基于上述曲线连续梁的基本参数，可得到离心力系数C为0.66。

本实施例中，采用桥梁结构分析软件，如Midas Civil软件，建立曲线桥梁空间分析模型，以便于模拟桥梁的施工和运营工况，进而得到桥梁的支座反力。其中，桥梁的其他工况包括桥梁恒载工况和温度荷载工况。

具体地，如图5所示，首先获取支座1-1的最小反力影响线，在该最小反力影响线的各测点(图中各圆点位置)进行车辆竖向荷载加载，可以引起支座1-1最小的负反力，进而得到该支座1-1的竖向最小反力。

其次，如图6所示，利用支座1-1的最小反力影响线，即在最小反力影响线的各测点进行离心力加载，以保证离心力加载与车辆竖向荷载加载的测点位置相同，离心力数值为车道荷载与离心力系数C的乘积，进而可得到该支座1-1的离心力最小反力。

然后，基于该曲线桥梁空间分析模型，分别获取支座1-1于桥梁恒载工况下的其他最小反力F(恒载)、以及支座1-1于温度荷载工况下的其他最小反力F(温度)。

最后，计算支座1-1的竖向最小反力F

表1

本实施例的确定方法，适用于单跨或多跨、以及单车道或多车道的曲线桥梁。

本申请实施例的曲线桥梁支座最小反力的确定装置，具体包括第一计算模块、建模模块、第一获取模块、第二获取模块以及第二计算模块。

上述第一计算模块用于获取曲线桥梁的基本参数，计算车辆的离心力荷载。

上述建模模块用于建立曲线桥梁空间分析模型，获取单位移动竖向荷载作用下，任一支座的最小反力影响线。

上述第一获取模块用于在上述最小反力影响线对应的桥梁位置分别加载车辆的竖向荷载和离心力荷载，获取该支座的竖向最小反力和离心力最小反力。

上述第二获取模块用于基于上述曲线桥梁空间分析模型，分别获取该支座于多个其他工况下的其他最小反力。

上述第二计算模块用于计算该支座的竖向最小反力、离心力最小反力、以及所有其他最小反力之和，并作为该支座的最小反力。

优选地，上述其他工况包括桥梁恒载工况和温度荷载工况。可选地，上述其他工况还包括风荷载工况。

本实施例的曲线桥梁支座最小反力的确定装置，适用于上述各确定方法，通过车辆离心力和车辆的竖向荷载的协同分析，同时协同多个其他工况下的其他最小反力计算得到支座的最小反力，可保证为支座的最不利反力，保证了结果的准确性。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。