申请/专利权人：中铁五局集团电务工程有限责任公司;哈尔滨工业大学;龙建路桥股份有限公司

申请日：2023-11-29

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN117951771A

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/20;G06F17/16;G06F17/11;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：面向最优受力的连续钢箱梁桥施工支架位置快速确定方法，涉及桥梁施工技术领域。针对三跨连续钢箱梁桥，选择墩顶截面作为内力计算截面，分别在无支架状态和有支架状态下，依次对连续梁进行离散化处理、构建平衡方程、构建各跨的单元刚度矩阵和总刚度矩阵、求解非结点荷载引起的固端力、固端力坐标系转换、求解连续梁结点荷载、求解连续梁结点位移矩阵、求解杆端力，最后利用变化率确定支架最优架设位置。基于连续梁力学简化分析模型，能够有效减小连续梁施工过程中支架拆除前后的主梁内力变化，提高施工的效率和安全性。

主权项：1.面向最优受力的连续钢箱梁桥施工支架位置快速确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：内力计算截面确定针对三跨连续钢箱梁桥，选择墩顶截面作为内力计算截面；步骤二：对无支架状态下连续梁进行离散化处理以四个支点为结点，由连续梁一端向另一端依次编号为结点A、结点B、结点C和结点D，基于结点位置将连续梁离散为三个杆单元并依次编号为杆单元AB、杆单元BC和杆单元CD，按编号方向确定每个杆单元的始端结点和末端结点，并建立方向一致的整体坐标系和三个单元坐标系，整体坐标系下，F表示结点荷载，Δ表示结点位移，单元坐标系下，i表示线刚度，P表示杆端力，δ表示杆端位移，在无支架计算过程中，用上角标a表示始端结点，b表示末端结点，用下角标AB、BC和CD分别表示对应的杆单元，A、B、C和D分别表示对应的结点；步骤三：构建无支架状态下的平衡方程在单元坐标系下，杆端力P与杆端位移δ的平衡方程如下： 将整体坐标系下结点位移Δ与单元坐标系下杆端位移δ建立平衡条件如下： 将整体坐标系下结点荷载F与单元坐标系下杆端力P建立平衡条件如下： 进而可得到结点荷载F与结点位移Δ的平衡方程如下： 步骤四：构建无支架状态下各跨的单元刚度矩阵和总刚度矩阵根据杆端力P与杆端位移δ的平衡方程，以杆端位移δ作为未知量，以线刚度i作为影响系数，则各杆单元刚度矩阵通过下式计算： 根据结点荷载F与结点位移Δ的平衡方程，以结点位移Δ作为未知量，以线刚度i作为影响系数，则总刚度矩阵通过下式计算： 其中， 式中，E表示连续梁材料的弹性模量，I表示连续梁的截面惯性矩，L表示连续梁的跨长；步骤五：求解无支架状态下非结点荷载引起的固端力对施工阶段的连续梁而言，所受到的非结点荷载均为均布荷载，设均布荷载为q，杆单元的始端结点和末端结点在单元坐标系下的固端力分别为和列出单元坐标系下的固端力矩阵如下： 式中，P'表示单元坐标系下的固端力；步骤六：无支架状态下的固端力坐标系转换将单元坐标系下的固端力转换为整体坐标系下的固端力，转换公式如下： 式中，P”表示整体坐标系下的固端力，T表示坐标转化矩阵，由于整体坐标系与单元坐标系方向一致，坐标转化矩阵为单位矩阵，故单元坐标系下的固端力P'与整体坐标系下的固端力P”相等；步骤七：求解无支架状态下连续梁结点荷载考虑结点B处存在杆单元AB末端结点和杆单元BC始端结点这两个固端力，结点C处存在杆单元BC末端结点和杆单元CD始端结点这两个固端力，列出连续梁的结点荷载矩阵如下： 步骤八：求解无支架状态下连续梁结点位移矩阵桥梁结构的原始刚度方程为：F＝KΔ则结点位移矩阵为： 步骤九：求解无支架状态下的杆端力施工阶段连续梁所受力均为非结点荷载，各杆单元的杆端力能够拆解为单元坐标系下的固端力与整体坐标系下结点荷载产生的杆端力之和，如下式所示：P＝P'+kejΔej式中，kejΔej表示结点荷载产生的杆端力，j＝1,2,3，且对于Δ而言，其下角标1,2,3,4分别对应之前推导过程中的下角标A、B、C、D；步骤十：对有支架状态下连续梁进行离散化处理为简化计算，认为支架提供了竖向支承，三跨连续梁考虑为受均布荷载的四跨连续梁，其中间两跨的跨长L1和L2之和等于无支架状态下连续梁中跨的跨长L，在结点B和结点C之间增加结点O，基于结点位置将连续梁离散为四个杆单元，杆单元BC被分为杆单元BO和杆单元OC，在有支架计算过程中，用上角标a表示始端结点，b表示末端结点，用下角标AB、BO、OC和CD分别表示对应的杆单元，A、B、O、C和D分别表示对应的结点；步骤十一：构建有支架状态下的平衡方程在单元坐标系下，杆端力P与杆端位移δ的平衡方程如下： 将整体坐标系下结点位移Δ与单元坐标系下杆端位移δ建立平衡条件如下： 将整体坐标系下结点荷载F与单元坐标系下杆端力P建立平衡条件如下： 进而可得到结点荷载F与结点位移Δ的平衡方程如下： 步骤十二：构建有支架状态下各跨的单元刚度矩阵和总刚度矩阵在有支架状态下中跨的跨长L被分为L1和L2，因此： 根据杆端力P与杆端位移δ的平衡方程，以杆端位移δ作为未知量，以线刚度i作为影响系数，则各杆单元刚度矩阵表示为： 根据结点荷载F与结点位移Δ的平衡方程，以结点位移Δ作为未知量，以线刚度i作为影响系数，则总刚度矩阵通过下式计算： 步骤十三：求解有支架状态下非结点荷载引起的固端力考虑支架引入的影响，列出单元坐标系下的固端力矩阵如下： 同样认为单元坐标系下的固端力P'与整体坐标系下的固端力P”相等；步骤十四：求解有支架状态下连续梁结点荷载考虑结点B处存在杆单元AB末端结点和杆单元BO始端结点这两个固端力，结点O处存在杆单元BO末端结点和杆单元OC始端结点这两个固端力，结点C处存在杆单元OC末端结点和杆单元CD始端结点这两个固端力，列出连续梁的结点荷载矩阵如下： 步骤十五：求解有支架状态下连续梁结点位移矩阵 由于总刚度矩阵和结点荷载矩阵已知，结合桥梁结构的原始刚度方程，结点位移矩阵表示为： 步骤十六：求解有支架状态下的杆端力通过结点位移矩阵求得各结点对应的结点位移，考虑支架引入的影响，各杆单元的杆端力计算如下：P＝P'+kejΔej式中，且对于Δ而言，其下角标1,2,3,4,5分别对应之前推导过程中的下角标A、B、O、C、D；步骤十七：确定支架最优架设位置对有支架作用下的连续梁而言，在中跨的跨长L固定的条件下，L1和L2的取值不同会导致墩顶截面处主梁内力随之变化，因此施工时支架按照对称位置进行架设，确定一侧支架位置即可相应得到另一侧支架位置，以有无支架作用下墩顶截面处主梁内力的变化计算变化率S，通过变化率最小时所对应的L1和L2的取值，确定支架的最优架设位置，变化率计算公式如下： 式中，S表示变化率，M1表示无支架状态下墩顶截面处主梁内力，M2表示有支架状态下墩顶截面处主梁内力。

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