[发明专利]一种判定索拱结构组合桥破坏模式的方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种判定索拱结构组合桥破坏模式的方法、系统及介质。该方法包括：计算平面曲线单元的初始构形和变形后构形，得出截面的状态；将索拱结构梁视为混合高阶剪切模型，进行振动分析，得出横向剪切应力的分布情况并推导出训练模型所需的有限元公式；构造并训练自适应代理模型，得出多种形式的破坏模式；进行数值研究，分析各种整体失稳模式的失效概率；经过以上分析计算，对应不同情况，判定索拱结构组合桥的破坏风险，得出结论，指导设计、施工、维修和拆除工作。本发明特别对于不连续结构及复合结构的计算有优异的性能。基于本方法计算出索拱结构组合桥的数值及其稳定性，并基于结果对索拱结构的破坏模式作出精确判断。

技术领域

本发明属于力学学科桥梁设计与判定的技术领域，具体涉及一种判定索拱结构组合桥破坏模式的方法、系统及介质。

背景技术

索-拱结构是逐渐被工程界所接受的新型结构形式。近年来，索-拱结构在国内外实际工程中的应用日趋广泛。索-拱结构的基本形式，其核心概念是在普通拱结构的基础上增加拉索，从而克服拱结构底部水平推力大、容易发生失稳破坏等缺点，从而大幅提高整体结构的刚度和极限承载力。

虽然拉索的加入能提高结构的极限承载力，但从其平衡路径显示，索-拱结构往往在变形较小的条件下达到临界点，而在越过临界点之后结构的承载力下降较快。也就是说，当索-拱结构发生较大变形时，有可能因其承载力急剧下降而导致结构整体破坏。从结构受力特点和设计的角度来看，拉索分担了普通拱结构所要承受的荷载，使得拱的内力变小，因此拱的截面尺寸和材料性能的取值都可以减小。然而，对于以承受轴向压力为主的拱结构来说，截面和材料缩减后带来的稳定性问题却不容忽视。特别地，拉索施工过程的复杂性导致结构不确定性增加，拉索失效或断裂瞬间又可能引起附加动力效应，这些因素都会增加结构的风险。

首先，已有研究表明，在判定稳定性的一些情况下，当索-拱结构发生较大变形时，传统的线性屈曲理论已无法准确地预测结构的失稳特性。为了更准确地模拟结构的非线性行为，必须考虑大位移大转动以及材料非线性等因素的影响，通过对结构的非线性全过程模拟分析来开展研究。对于索-拱结构的非线性稳定分析问题，通过建立控制方程并导出解析解的理论方法极其繁杂，甚至不可行。相对来说，非线性有限元方法是一种可行的方法。实际上，目前多数研究成果是借助有限元模拟技术得到的，而梁单元和索单元是索-拱结构有限元分析的两类基本的单元模型。

几十年来，力学工作者在开发高性能梁单元和高效求解算法等问题上做了大量工作，研究层面从弹性问题发展到弹塑性问题，从平面问题发展到空间问题，从确定性问题发展到不确定性问题，单元模型方面也从直梁单元模型发展到曲梁单元模型。但目前绝大多数关于索-拱结构非线性稳定行为的研究成果均基于确定性理论，无法揭示结构可靠性方面的内在规律。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种判定索拱结构组合桥破坏模式的方法、系统及介质。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面，提供了一种判定索拱结构组合桥破坏模式的方法，包括下述步骤：

计算平面曲线单元的初始构形和变形后构形，得出截面的状态；

将索拱结构梁视为混合高阶剪切模型，进行振动分析，得出横向剪切应力的分布情况；

结合得出的分布情况，应用基于混合能量的变化原理，推导出训练模型所需的有限元公式；

构造并训练自适应代理模型，得出多种形式的破坏模式；

对得到的多种形式的破坏模式进行数值研究，分析各种整体失稳模式的失效概率；

经过以上分析计算，对应不同情况，判定索拱结构组合桥的破坏风险，得出结论，指导设计、施工、维修和拆除工作。