[发明专利]一种铁路梅花式承台数字孪生内力仿真计算方法

说明书

本发明公开了一种铁路梅花式承台数字孪生内力仿真计算方法，包括以下步骤：输入铁路梅花式承台的外轮廓尺寸信息；建立梅花式实体物理承台对应的数字孪生内力仿真计算模型架构；对构建的数字孪生模型架构，赋予模型尺寸；对构建的数字孪生模型架构，赋予单元特性；组成承台数字孪生模型的整体刚度矩阵及载荷列阵。本发明通过构建高精度模拟实体梅花式承台内力特点的数字孪生模型架构，并赋予数字孪生模型几何信息、弹性模量等参数，并采用空间梁单元刚度矩阵模拟数字孪生模型包含的每一个受拉杆及受压杆赋予单元属性，进而建立了铁路梅花式承台的数字孪生模型。本发明解决铁路梅花式承台数字孪生模型的准确性、自主性方向的难题。

技术领域

本发明属于交通运输业桥梁工程技术领域，具体涉及一种铁路梅花式承台数字孪生内力仿真计算方法。

背景技术

铁路承台连接桥墩和桩基，承台厚度通常情况下能超过2m。因此，承台内部受力比较复杂，无法套用受弯构件进行模拟计算。

而梅花式铁路承台，是一种常见的铁路承台，高铁桥梁中，常用的10根1m桩基、10根1.25m桩基、10根1.5m桩基等都是常见的梅花式铁路承台。

根据实体有限元分析，铁路承台的内部，可明显分成三个区域，即接近桥墩部位的复杂受力区、与桩基相连区域的受拉区、两者之间的受压区。而在目前的数字孪生设计过程中，仅仅停留于铁路梅花式承台的bim模型展示，而无法基于自身软件进行仿真内力计算。

因此，需要根据铁路承台的特点，构建一套独立自主的铁路承台数字孪生内力仿真计算方法，以支撑铁路桥梁数字孪生仿真系统的开发。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种铁路梅花式承台数字孪生内力仿真计算方法。

本发明的技术方案是：一种铁路梅花式承台数字孪生内力仿真计算方法，包括以下步骤：

A.输入铁路梅花式承台的外轮廓尺寸信息；

B.建立梅花式实体物理承台对应的数字孪生内力仿真计算模型架构；

C.对构建的数字孪生模型架构，赋予模型尺寸；

D.对构建的数字孪生模型架构，赋予单元特性；

E.组成承台数字孪生模型的整体刚度矩阵及载荷列阵。

更进一步的，步骤A中输入铁路梅花式承台的外轮廓尺寸信息根据铁路承台实体得到，其外轮廓尺寸信息包括承台尺寸、加台尺寸、承台与加台的相对位置关系、连接的桩基尺寸、桩基位置坐标。

更进一步的，步骤B建立梅花式实体物理承台对应的数字孪生内力仿真计算模型架构，具体过程如下：

首先，获取桩基位置、承台厚度、承台及加台尺寸信息；

然后，建立高精度模拟实体承台内力特点的数字孪生模型架构。

更进一步的，步骤C中赋予模型尺寸包括数字孪生模型架构内含的受拉杆及受压杆的截面面积、受压杆和受拉杆的高度及长度几何信息。

更进一步的，步骤D中对数字孪生模型内部架构包含的每一个受拉杆及受压杆赋予单元特性，单元特性包括弹性模量、刚度矩阵特性。

更进一步的，步骤E组成承台数字孪生模型的整体刚度矩阵及载荷列阵，具体过程如下：

将每一个单元对应的单元刚度矩阵根据其在整体坐标系中对应的坐标位置及其整体坐标系中的具体行号及列号叠加到对应位置的整体刚度矩阵中，集成整体刚度矩阵，最终形成仿真计算所需要的刚度孪生信息；

将每一个桩头力集成到对应桩基处的节点位置上，得到载荷列阵，最终形成内力仿真计算所需要的孪生信息。

更进一步的，步骤D中单元的刚度矩阵采用等截面空间梁单元刚度矩阵。