[发明专利]一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力模型构建方法

权利要求书

1.一种轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力模型构建方法，其特征在于，包括：

S1：建立超大跨度桥梁及引桥有限元模型，建模对象包括梁体、桥塔、桥面板、桥墩支座、主缆及吊杆或斜拉索，并依据桥梁构件对其上无缝线路的影响程度，对桥塔、桥面板进行简化建模；

S2：建立有砟轨道结构有限元模型，建模对象包括钢轨、扣件、轨枕和道床；

S3：基于所述超大跨度桥梁及引桥有限元模型和有砟轨道结构有限元模型建立轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型，对所述轨道结构-超大跨度桥梁空间耦合静力学模型施加环境荷载，研究桥梁及轨道的受力变形规律。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：

S11：超大跨度桥梁加劲梁中的各弦杆均采用考虑剪切变形的欧拉-伯努利梁单元模拟，按实际截面属性建模，考虑杆件的截面积、惯性矩，相连杆件之间采用刚接；

S12：正交异性桥面板依据刚度等效原则简化成矩形板，采用壳单元模拟，按等效原则计算出的截面参数模拟；

S13：桥塔采用质量点模拟，建立与索/缆、主梁相连接的点以及一个位于主梁下部的质量点，刚化质量点，固结主梁下部的质量点；

S14：悬索桥的主缆及吊杆或斜拉桥的斜拉索采用只受拉、不受压且考虑初应变的杆单元模拟，按实际结构属性进行建模；

S15：位于主桥两侧的引桥选用梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑梁体的截面积、惯性矩以及转弯矩参数；

S16：桥墩支座对梁体的纵、横、垂向约束作用采用线性弹簧单元模拟，线性弹簧单元一端和梁体相连，另一端固结。

S17：属半漂浮体系的超大跨度桥梁，主梁与桥塔下横梁在横向和垂向采用线性弹簧约束，在纵向上采用阻尼器连接，纵向阻尼器采用非线性弹簧模拟。

S18：对主梁梁端进行全约束，对背缆锚定侧进行全约束。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：

S21：钢轨选用铁木辛柯梁单元进行模拟，按实际截面属性建模，考虑钢轨的截面积、惯性矩以及扭转弯矩参数，钢轨两端节点全部约束；

S22：扣件采用三向弹簧单元模拟，垂向和横向支撑选用线性弹簧单元，扣件纵向阻力采用非线性弹簧单元模拟，扣件弹簧一端与钢轨1节点相连，另一侧与轨枕节点相连；

S23：轨枕采用欧拉-伯努利梁单元模拟，按实际截面属性建模，轨枕节点同时与扣件弹簧节点和道床弹簧节点相连；

S24：有砟道床的力学特性采用三向弹簧单元模拟，垂向支撑采用线性弹簧单元模拟，横向和纵向约束均考虑为非线性弹簧约束，弹簧一端与轨枕节点相连，另一端与钢臂节点相连；

S25：有砟道床的厚度采用钢臂模拟，钢臂一端与弹簧节点相连，另一端与桥面板相连。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S12中的正交异性桥面板依据刚度等效原则简化成矩形板，采用壳单元模拟，按等效原则计算出的截面参数模拟，包括：

依据等效刚度原则计算截面参数：

其中，E为原始模型的弹性模量，I_yy为原始模型的竖向刚度，E^*为等效模型的弹性模量，为等效模型的竖向刚度，B为截面宽度，H^*为等效模型的截面高度，I_zz为原始模型的横向刚度，为等效模型的横向刚度；

由式(1)(2)计算出等效矩形截面的截面高度及弹性模量，依据等效质量原则由下式计算出等效模型的密度：

M＝ρAl＝ρ^*A^*l (3)

其中，M为单位长度质量，ρ为原始模型密度，A为原始模型截面面积，l为单位长度，ρ^*为等效模型密度，A^*为等效模型截面面积；

通过上述步骤计算出正交异性桥面板等效为矩形桥板的具体参数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：对成桥后的主缆8及吊索7应变或斜拉索弹性模量进行调整，直至主梁垂向位移接近于0。