[发明专利]一种钢管混凝土拱桥悬臂拼装位移计算方法

说明书

本发明关于一种钢管混凝土拱桥悬臂拼装位移计算方法，利用Python调用OpenSeesPy库考虑了钢管混凝土拱桥初始切线位移对拱肋线形影响的计算方法，该方法能用代码实现全过程计算，不仅能计算出拱肋节段的实际位移，还能单独计算出拱肋节段的初始切线位移，同时，还可以批量计算多个模型，数据可直接导入导出，十分便捷；在计算初始切线位移时，将计算当前节段位移时的各节段信息传递给计算初始切线位移的板块，实现计算当前节段位移和初始切线位移同步进行，大大提高计算效率；同时，计算初始切线位移时，利用施加节点位移的方法，仅需建立当前节段虚梁模型，不需要再将已安装的其余节段模型建立，大大减少计算量，提高计算效率。

技术领域

本发明涉及钢管混凝土拱桥技术领域，特别是一种钢管混凝土拱桥悬臂拼装位移计算方法。

背景技术

目前，钢管混凝土拱桥多采用斜拉扣挂法进行施工，即事先预制拱肋节段，再利用缆索扣挂系统进行悬臂拼装，拼装时需要沿着已经安装的拱肋节段的切线方向进行连接，这样才能实现各节段之间无缝拼接，否则无法保证两相邻节段之间的相对转角位移。

但是，目前最常采用的基于影响矩阵的各类优化算法在施工阶段的只考虑了扣索对已安装拱肋节段的影响，未考虑已安装拱肋节段位移对后续拱肋节段安装位置的影响。当已安装节段发生位移时，后续节段安装位置的变化会随着悬臂长度的增加不断增大，首节段的微小位移就会引起末节段的安装位置发生巨大改变。在实际施工中，对于分段数量较多的钢管混凝土拱桥，采用不考虑切线拼装的影响矩阵法计算时，末节段的扣索索力将会变得十分巨大，钢绞线的配束被迫增多，不仅降低了桥梁的经济效益，同时，过大的索力也会引起安全性方面的问题。因此，需要考虑切线位移拼装对拱肋线形的影响。

目前考虑切线位移拼装对施工阶段拱肋线形影响，主要方法可以分为两大类，一是利用有限元软件Midas/civil进行计算，二是利用几何关系进行理论推导。第一种方法不具备开源特性，且无法批量进行多个模型的计算，在分析复杂工况时往往具有较大的局限性。第二种方法计算量大，当涉及三维空间时，计算量会更大；此外，合龙前两侧位移方向需要预判，可能会出现奇异。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在现有钢管混凝土拱桥考虑切线位移拼装对施工阶段拱肋线形的影响包括利用有限元软件Midas/civil进行计算和利用几何关系进行理论推导，前者不具备开源特性，且无法批量进行多个模型的计算，在分析复杂工况时往往具有较大的局限性，后者计算量大，当涉及三维空间时，计算量会更大，合龙前两侧位移方向需要预判，可能会出现奇异的问题，提供一种钢管混凝土拱桥悬臂拼装位移计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢管混凝土拱桥悬臂拼装位移计算方法，包括以下步骤：

将建立结构模型所需的第一信息导入Python编程软件；

根据钢管混凝土拱桥悬臂拼装的施工阶段，利用Python的开源库OpenSeesPy建立各个施工阶段的有限元分析模型，计算出各拱肋节段的当前节段位移U-cur(i)，并保存当前拱肋节段的第二信息；

利用当前拱肋节段的第二信息建立当前拱肋节段的虚梁模型，并在与上一拱肋节段共节点处施加节点位移U-total(i-1)，U-total(i-1)是上一拱肋节段的实际位移，能够计算出当前拱肋节段的初始切线位移U-tan(i)；

将当前拱肋节段的当前节段位移U-cur(i)加上初始切线位移U-tan(i)得出当前拱肋节段的实际位移U-total(i)；

其中，i≥1，且是整数，U-total(1)＝U-cur(1)。

现有的利用有限元软件Midas/civil进行计算的方式，由于其不具备开源特性，因此使用者并不知道其是如何运行的，不知道其是如何计算出切线位移的；且其无法批量进行多个模型的计算，在分析复杂工况时往往具有较大的局限性。