一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法技术

本发明专利技术提供的一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，其具体步骤有，S1：建立桥梁整体结构简易仿真模型并得到内力与温度变化值间的关系；S2：建立裂缝处梁段精密化仿真模型并计算得到裂缝宽度变化与内力之间的关系；S3：将步骤1所得内力与温度变化值间的关系带入步骤2中裂缝宽度变化与内力之间的关系，最终得到裂缝宽度变化与温度变化间关系式。该建模计算方法所采用的跨层级建模是建立低层和高层仿真模型并将其聚合化，简单来说，就是分别建立大而简单的仿真模型以及小而精密的仿真模型，并构建两者之间的联系进而进行仿真计算，通过该跨层级建模简化了仿真模型的建立过程，进而简便且快速得到温度变化与裂缝宽度变化间关系式。宽度变化间关系式。宽度变化间关系式。

【技术实现步骤摘要】
一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法


[0001]本专利技术涉及桥梁结构设计
，特别涉及一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法。

技术介绍

[0002]在桥梁结构中，温度变化是引起裂缝出现并扩展的重要原因，当温度变化所引起的应力超过其抗裂强度时，裂缝出现并迅速发展，裂缝过大会导致桥梁承载力降低，从而出现许多安全问题，因此研究温度作用下裂缝宽度变化关系势在必行。仿真建模作为科学研究的有效方法，因其可视化、速度快等优势，被广泛应用于各个领域。一般仿真建模多根据原构件缩尺或1：1在仿真软件上建立模型，通过软件计算，得到仿真结果。但是，在桥梁温度作用下裂缝宽度变化研究中，若要完整仿真模拟一座桥以及其钢筋、附属结构等等，会过于困难，很难精准的建模，并对此建立温度作用下裂缝宽度变化值关系，故而为解决这一难题，本专利技术提出一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，其通过跨层级建模简化仿真模型的建立过程，从而实现通过仿真手段建立温度作用下裂缝宽度变化值关系，该建模计算方法简便且快速得到温度变化与裂缝宽度变化间关系式。

技术实现思路

[0003]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0004]一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，包括如下步骤：
[0005]S1：建立桥梁整体结构的简易仿真模型，并针对所得的简易仿真模型进行升温和/或降温操作，从而得到裂缝处的梁段在不同温度变化下的内力值，进而得到内力与温度变化值间的关系式；
[0006]S2：建立裂缝处的梁段的精密化仿真模型，通过施加内力在该梁段的精细化仿真模型上，得到该梁段不同内力下的裂缝宽度变化值，进而得到该梁段裂缝宽度变化与内力之间的关系式；其中，在施加内力时，所施加内力的大小为步骤S1中所得的内力值；
[0007]S3：将步骤S1所得的内力与温度变化值间的关系式带入步骤S2中所得的裂缝宽度变化与内力之间的关系式，最终得到裂缝宽度变化与温度变化间的关系式。
[0008]优选地，步骤S1中的简易仿真模型包括根据图纸建立的桥梁的大型结构，该大型结构包括但不限于梁柱、约束，但简易仿真模型不包括根据图纸建立的桥梁的附属结构。
[0009]优选地，步骤S2中的精密化仿真模型包括根据桥梁的图纸建立的与裂缝产生或扩展相关的桥梁的附属结构。
[0010]优选地，建立步骤S2中的精密化仿真模型所采用的软件的计算精度高于建立步骤S1中的简易仿真模型所采用的软件的计算精度。
[0011]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0012]1、本专利技术公开了一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，其中，跨层级建模即建立低层仿真模型和高层仿真模型并将两者聚合化，简单来说，就是分别建立大
而简单的仿真模型以及小而精密的仿真模型，并构建两者之间的联系进而进行仿真计算，通过这样的跨层级建模简化仿真模型的建立过程，可以简便且快速得到温度变化与裂缝宽度变化间的关系式，这样解决了以往大型结构物仅研究大型结构物一小部分结构时，建立完整的大型结构物就显得困难且没必要的难题，实现了快速、准确且简便的得到大型结构细微部分的仿真计算结果。
[0013]2、本专利技术公开了一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，其所得的温度变化与裂缝宽度变化之间关系式，可以为均匀温度变化与裂缝宽度变化之间的关系式，也可以为其他温度变化与裂缝宽度变化之间的关系式，其中，所得的关系式为均匀温度变化与裂缝宽度变化之间的关系式时，后续可直接利用此关系式快速评估均匀温度对裂缝宽度变化的影响，或用于剔除温变效应对桥梁开裂扩展情况的干扰。
[0014]3、本专利技术适用性强，结构计算简单，操作便利，具有很高的推广价值。
附图说明
[0015]图1是实施例中某刚构桥的简易仿真模型；
[0016]图2是实施例中裂缝处梁段精细化仿真模型；
[0017]图3是实施例中刚构桥温度变化下实测与计算裂缝宽度变化值比较图。
[0018]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0019]在本专利技术的一种较佳实施方式中，一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，包括如下步骤：
[0020]S1：建立桥梁整体结构的简易仿真模型，并针对所得的简易仿真模型进行升温和/或降温操作，从而得到裂缝处的梁段在不同温度变化下的内力值，进而得到内力与温度变化值间的关系式；
[0021]S2：建立裂缝处的梁段的精密化仿真模型，通过施加内力在该梁段的精细化仿真模型上，得到该梁段不同内力下的裂缝宽度变化值，进而得到该梁段裂缝宽度变化与内力之间的关系式；其中，在施加内力时，所施加内力的大小为步骤S1中所得的内力值；
[0022]S3：将步骤S1所得的内力与温度变化值间的关系式带入步骤S2中所得的裂缝宽度变化与内力之间的关系式，最终得到裂缝宽度变化与温度变化间的关系式。
[0023]其中，在上述的步骤S1中，简易仿真模型包括根据图纸建立的桥梁的大型结构，该大型结构包括但不限于梁柱、约束，但简易仿真模型不包括根据图纸建立的桥梁的附属结构。也就是，步骤S1中，桥梁整体结构的简易仿真模型，是无需精细化建模，例如只需建立桥梁大型结构如梁柱，约束等等，且无需完全根据图纸建立其无关紧要的附属结构等等，附属结构包括但不限于桥面铺装、桥面排水、桥头搭板、伸缩缝、防撞护栏、内部配筋。而在上述步骤S2中的精密化仿真模型则包括根据桥梁的图纸建立的与裂缝产生或扩展相关的桥梁的附属结构。
[0024]另外，为了实现快速且精确的建模，要求建立步骤S2中的精密化仿真模型所采用的软件的计算精度高于建立步骤S1中的简易仿真模型所采用的软件的计算精度，如，建立步骤S1中的简易仿真模型的软件可以采用MIDAS等粗略但快速的计算软件进行建模，步骤
S2中的精密化仿真模型则可以ANSYS等计算软件。
[0025]实施例
[0026]为方便本专利技术所提出的一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法的理解与应用，以采用本专利技术方法研究某刚构桥合拢处梁底板裂缝宽度与均匀温度变化的关系为例进行说明。
[0027]S1：建立刚构桥整体结构简易仿真模型。其中，采用有限元软件Midas Civil对三跨变截面连续刚构桥整体进行建模，在边支点设置竖向支撑模拟支座，在与梁体整体相连的墩柱底部设置固定支撑以模拟土壤固结，墩柱与梁体之间设置弹性连接。基于上述所得的桥梁整体结构的简易仿真模型及约束条件分布如图1所示。
[0028]在计算软件中对桥梁整体模型结构进行系统均匀升降温，获得裂缝处的梁段在不同温度变化下的内力值，其中温度升温为正，具体均匀温度变化值下所求的内力值(内力值包括轴力、剪力以及弯矩)如下表1所示。
[0029]表1均匀升温下内力值
[0030][0031][0032]根据上表1的数据，拟合内力与温度变化值间的关系即分别建立轴力N与温度变化
值ΔT、剪力V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度作用下裂缝宽度变化跨层级建模计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立桥梁整体结构的简易仿真模型，并针对所得的简易仿真模型进行升温和/或降温操作，从而得到裂缝处的梁段在不同温度变化下的内力值，进而得到内力与温度变化值间的关系式；S2：建立裂缝处的梁段的精密化仿真模型，通过施加内力在该梁段的精细化仿真模型上，得到该梁段不同内力下的裂缝宽度变化值，进而得到该梁段裂缝宽度变化与内力之间的关系式；其中，在施加内力时，所施加内力的大小为步骤S1中所得的内力值；S3：将步骤S1所得的内力与温度变化值间的关系式带入步骤S2中所得的裂缝宽度变化与内力之间的关系式，最终得到裂缝宽度变化与温度变化间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，谭国金，王龙林，张子墨，何昕，王希瑞，杨雨厚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：