[发明专利]钢桁梁等效刚度计算方法

说明书

本发明涉及桥梁建造领域，本发明公开了一种钢桁梁等效刚度计算方法，将钢桁梁等效为箱形梁断面，将钢桁梁的设计参数等效为箱型梁的参数，并用箱型梁的设计计算方法计算该钢桁梁的等效轴向刚度、等效面内抗弯刚度、等效面外抗弯刚度以及等效扭转刚度。该方法可以将不能用常规方法计算刚度的钢桁梁，通过等效为箱形梁断面的形式，将其转化为箱形梁断面的计算方式，计算钢桁梁的等效轴向刚度、等效面内抗弯刚度、等效面外抗弯刚度以及等效扭转刚度，避免里现有技术中必须采用建模模拟的方式计算钢桁梁的刚度，耗费时间，并且对设备的要求高的问题。

技术领域

本发明涉及桥梁建造领域，具体涉及钢桁梁等效刚度计算方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展和钢产量进一步提高，钢结构桥梁发展迅速。钢桁梁因其受力合理、承载能力强、刚度大等特点，在大跨桥梁结构中占有很重要的地位。大跨度斜拉桥主梁和大跨度悬索桥加劲梁常采用钢桁梁，如主跨1176m的常泰长江大桥、主跨1700m杨泗港长江大桥。

钢桁梁主要由主桁、桥面系、横联、平联等构件组成。对于千米级钢桁梁大跨桥梁结构，为准确计算钢桁梁刚度，常采用细化网格法建立钢桁梁有限元模型，采用杆系单元模拟主桁、横梁和平联结构，采用板单元模拟桥面板结构。对于主跨1176m的常泰长江大桥，杆系单元数量达到3.5万以上，板单元数量达到1.6万以上，运行一次计算长达30小时，计算速度过慢。而在桥梁整个设计周期过程中，结构方案常需调整，运行计算可达20次。因此，传统钢桁梁细化网格法有限元仿真分析增加了桥梁的设计周期，该方法不利于大跨度钢桁梁的设计工作开展和实施。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钢桁梁等效刚度计算方法，能有效地解决了现有技术中桥梁设计时钢桁梁等效刚度计算复杂，耗费时间的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种钢桁梁等效刚度计算方法，包括以下步骤：

S1：将钢桁梁等效为箱形梁断面，根据钢桁梁的长度和宽度确定箱形梁断面的等效宽度L和等效高度H；

S2：根据钢桁梁的上层桥面系和下层桥面系的截面积，分别确定箱形梁断面的顶板厚度D₁和底板厚度D₂；

S3：根据钢桁梁的受力状态，确定箱形梁断面的断面形式，当钢桁梁受轴向力、内弯力和/或外弯力时，箱形梁断面呈第一断面形式，当钢桁梁受扭转力时，箱形梁断面呈第二断面形式；

S4：计算呈第一断面形式的箱形梁断面的等效上腹板厚度D₃₁、等效中腹板厚度D₃₂和等效下腹板厚度D₃₃，计算呈第二断面形式的箱形梁断面的等效腹板厚度D₃；

S5：根据L、H、D₁、D₂、D₃₁、D₃₂和D₃₃，计算第一断面形式的箱形梁的等效轴向刚度、等效面内抗弯刚度和等效面外抗弯刚度作为该钢桁梁的轴向刚度、内抗弯刚度和外抗弯刚度，根据L、H、D₁、D₂和D₃，计算第二断面形式的箱形梁的等效扭转刚度作为钢桁梁的扭转刚度。

在上述技术方案的基础上，确定呈第一断面形式的箱形梁断面的等效上腹板厚度D₃₁、等效中腹板厚度D₃₂和等效下腹板厚度D₃₃，具体包括：

通过公式D₃₁＝A_上弦杆/h₁，计算等效上腹板厚度D₃₁；