一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法，包括以下步骤：定义钢桁梁构件，定义内容包括构件名称、空间位置特征、包含的单元、子构件信息；对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中；针对不同构件设置计算限值、系数、计算工况；遍历各构件，按照设计规范逐一计算子构件包含的各单元的应力情况；输出各构件计算结果，完成钢桁梁桥系统化设计。本发明能适用绝大多数钢桁梁桥构件；以构件为研究对象进行设计，符合钢桁梁桥的设计理念，便于设计者对全桥进行整体把控，大幅提升了设计效率；本发明便于开展后续的出图于算量工作。

说明书

技术领域

本发明属于钢桁梁设计技术领域，具体涉及一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法。

背景技术

钢桁梁桥因其强大的跨越能力和刚度广泛应用于公路与铁路桥梁建设，是大跨度桥梁主梁形式的首选。明石海峡大桥、五峰山长江大桥、沪苏通长江大桥、南京大胜关长江大桥等大跨度桥梁均广泛使用了钢桁梁结构。

显然，越是大跨度的钢桁梁，需要设计的构件越多，设计工作量就越大。与之相对的，设计行业缺乏有效的手段应对如此庞大的工作体量，设计人员面对有限元模型中数以万计的单元通常使用自编表格进行各构件设计，单元与构件联系不紧密、流程繁琐、表格笨重、设计效率低下，往往不能做到对钢桁梁桥设计指标的整体把控。

因此，有必要提出一种系统化的钢桁梁设计方法，该方法以构件为研究对象，符合钢桁梁桥的设计理念，便于设计人员有针对性的设计，提升钢桁梁桥的设计效率，使设计人员从大量枯燥的数学计算中解脱出来，专注于结构设计本身。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法。

本发明的技术方案是：一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.定义钢桁梁构件，定义内容包括构件名称、空间位置特征、包含的单元、子构件信息；

B.对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中；

C.针对不同构件设置计算限值、系数、计算工况；

D.遍历各构件，按照设计规范逐一计算子构件包含的各单元的应力情况；

E.输出各构件计算结果，完成钢桁梁桥系统化设计。

更进一步的，步骤A中构件的空间位置特征指构件长轴所在方向，构件长轴所在方向为桥梁纵向方向即X向、垂直于桥梁纵向方向即Y向、垂直于桥梁纵向方向即Z向中的一种。

更进一步的，步骤A中构件的单元指钢桁梁桥有限元模型中属于该类构件的所有单元。

更进一步的，步骤A中构件的子构件信息指该构件包含的桁梁节点间距，所述桁梁节点间距根据子构件在桥梁中的位置关系排列得到。

更进一步的，步骤B对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中，具体过程如下：

构件的长轴在X向、子构件信息包含n个桁梁节点间距时，每个桁梁节点间距对应一个子构件，共建立n个子构件，遍历各单元，将属于某个子构件覆盖范围的单元添加至该子构件的集合中。

更进一步的，步骤B对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中，具体过程如下：

构件长轴在Y向、子构件包含m个桁梁节点间距时，每个桁梁节点对应一个子构件，共建立m+1个子构件，遍历各单元，将纵向坐标与某个子构件纵向坐标一致的单元添加至该子构件的集合。构件长轴在Z向时，子构件的添加过程与构件长轴在Y向的过程相一致。

本发明的有益效果如下：

本发明提出通过构件空间位置特征及子构件信息对单元进行分类的方法，能适用绝大多数钢桁梁桥构件；以构件为研究对象进行设计，符合钢桁梁桥的设计理念，便于设计者对全桥进行整体把控，大幅提升了设计效率；本发明将钢桁梁桥设计方案数字化，便于开展后续的出图于算量工作。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明中钢桁梁的坐标系；

图3是本发明实施例中钢桁梁的立面图；

图4是本发明实施例中下弦杆子构件1、竖腹杆子构件1的位置示意图；

图5是本发明实施例中的部分结算结果。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图5所示，一种基于构件理念的钢桁梁系统化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.定义钢桁梁构件，定义内容包括构件名称、空间位置特征、包含的单元、子构件信息；

B.对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中；

C.针对不同构件设置计算限值、系数、计算工况；

D.遍历各构件，按照设计规范逐一计算子构件包含的各单元的应力情况；

E.输出各构件计算结果，完成钢桁梁桥系统化设计。

步骤A中构件的空间位置特征指构件长轴所在方向，构件长轴所在方向为桥梁纵向方向即X向、垂直于桥梁纵向方向即Y向、垂直于桥梁纵向方向即Z向中的一种。

步骤A中构件的单元指钢桁梁桥有限元模型中属于该类构件的所有单元。

步骤A中构件的子构件信息指该构件包含的桁梁节点间距，所述桁梁节点间距根据子构件在桥梁中的位置关系排列得到。

步骤B对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中，具体过程如下：

构件的长轴在X向、子构件信息包含n个桁梁节点间距时，每个桁梁节点间距对应一个子构件，共建立n个子构件，遍历各单元，将属于某个子构件覆盖范围的单元添加至该子构件的集合中。

步骤B对每个构件中的单元进行分类，根据构件的空间位置特征和单元坐标间的关系将单元归纳到相应的子构件中，具体过程如下：

构件长轴在Y向、子构件包含m个桁梁节点间距时，每个桁梁节点对应一个子构件，共建立m+1个子构件，遍历各单元，将纵向坐标与某个子构件纵向坐标一致的单元添加至该子构件的集合。

构件长轴在Z向时，子构件的添加过程与构件长轴在Y向的过程相一致。

实施例一

以一座(60+80+4×260+280+80+60)m钢桁梁柔性拱，如图3所示，为例详述本发明的实施方法。

该桥主桁高15m，采用三角桁架，桁宽13.8m，拱高58.5m，矢跨比1：4，横桥向结构对称。

首先、定义构件(步骤1)，构件的定义情况详见表1。

表1构件的定义情况

然后，按照步骤2对每个构件包含的单元进行分类，以下弦杆和竖腹杆的子构件1为例进行说明，下弦杆子构件1、竖腹杆子构件1与相关单元的位置关系见图4。

下弦杆长轴在X向即桥梁纵向方向，包含130个桁梁节点间距，每个节点间距对应一个子构件，共130个子构件。

下弦杆子构件1两端X坐标为0m、10m，遍历1001～2040号单元，其中1001号、1002号单元(两端X坐标为0m、2.5m)；1003号、1004号单元(两端X坐标为2.5m、5m)；1005号、1006号单元(两端X坐标为5m、7.5m)；1007号、1008号单元(两端X坐标为7.5m、10m)属于子构件1的覆盖范围，将1001～1008号单元添加至下弦杆子构件1的集合。

以此类推，进行其它单元的分类。

竖腹杆长轴在Z向即垂直于桥梁纵向方向，包含128个桁梁节点间距，每个桁梁节点对应一个子构件，共129个子构件。竖腹杆子构件1两端X坐标均为10m，遍历3001～3386号单元，其中3001号、3002号单元(两端X坐标均为10m)与子构件1的X坐标一致，将3001号、3002号单元添加至竖腹杆子构件1的集合。

以此类推，进行其它单元的分类。

按照步骤2完成每个构件包含的单元的分类后，针对不同构件设置计算限值、系数、计算工况(步骤3)。

本例计算限值、系数均按《铁路桥梁钢结构设计规范》设置，计算工况包括强度检算、整体稳定检算、局部稳定检算、疲劳检算、连接计算。

再后，逐一计算各构件、其子构件包含的各单元。

最后，输出各构件计算结果，完成钢桁梁桥系统化设计。

从图5可知，通过本发明输出的计算结果以各构件为展示对象，结果针对性强，便于设计者进行整体把控。

通过以上对本发明内容的详细说明，本领域的从业人员能够高效进行钢桁梁桥的设计工作，有助于提升智能设计在钢桁梁桥设计中的比重，解放生产力。

本发明提出通过构件空间位置特征及子构件信息对单元进行分类的方法，能适用绝大多数钢桁梁桥构件；以构件为研究对象进行设计，符合钢桁梁桥的设计理念，便于设计者对全桥进行整体把控，大幅提升了设计效率；本发明将钢桁梁桥设计方案数字化，便于开展后续的出图于算量工作。