本发明专利技术公开了一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法及系统，涉及土木(桥梁)工程领域，包括：构建拱轴线函数；计算轴心抗压承载力，以轴心抗压承载力的设定倍数作为拱顶的控制水平力；依据拱肋上n个点处的截面面积计算沿拱肋弧长方向的每延米自重，并将每延米自重乘以得到拱肋上n个点沿x坐标方向的纵向每延米自重函数；确定吊杆或立柱按分布力形式的合理作用力函数；获得在合理作用力函数上的数值，依据该数值计算吊杆或立柱的合理作用力。本发明专利技术基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，采用数学算法确定吊杆或立柱合理作用力，在确保结构受力合理的同时，减小拱肋截面受压的偏心距、优化拱肋受力、降低拱圈材料使用、提高桥梁结构的经济性。
1、拱桥是通过拱圈或拱肋(拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋)，将竖向荷载转化成拱脚处的水平推力的桥型，拱脚处的水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形均小很多，且拱圈的受力以受压为主，增强了材料的利用效率。所以，拱桥的跨越能力很大，在拱脚处的地形条件适宜、具备较强水平承载能力的工程地质条件时，在跨径50～700m范围都具有较高的经济性。
2、在强梁-弱拱组合的中承式或下承式拱桥的设计过程中，较弱的拱肋起辅助作用，有时为了景观需要，拱肋轴线的形状比较复杂，一个关键问题就是确定吊杆或立柱的合理作用力，从而确保较弱的拱肋在吊杆作用下截面基本受压，使得拱肋结构受力更为合理，并提高材料利用效率。
3、目前工程上针对拱桥的吊杆或立柱合理作用力的设计，仍是根据工程经验，采用反复试算、试设计的方法，无法得到复杂拱轴线的拱肋的吊杆或立柱合理作用力，拱肋截面受压的偏心距大，给结构设计带来较大的困难，同时也是不合理和不经济的。
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法及系统，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，采用数学算法确定吊杆或立柱合理作用力，在确保结构受力合理的同时，减小拱肋截面受压的偏心距、优化拱肋受力、降低拱圈材料使用、提高桥梁结构的经济性。
>2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：3、第一方面，本专利技术的实施例提供了一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，包括：
4、建立拱桥坐标系，将拱轴线按照x坐标进行分割，得到拱轴线上n个点的x坐标、y坐标，构建拱轴线函数；其中，n为整数；
5、求解拱轴线函数在n个点上的一阶导数和二阶导数；按照拱顶的截面面积和材料等级计算轴心抗压承载力，以所述轴心抗压承载力的设定倍数作为拱顶的控制水平力；
6、将控制水平力乘以拱轴线n个点的二阶导数，得到拱肋合理分布作用力函数在n个点处的数值；
7、依据拱肋上n个点处的截面面积计算沿拱肋弧长方向的每延米自重，并将每延米自重乘以得到拱肋上n个点沿x坐标方向的纵向每延米自重函数；
8、将拱肋合理分布作用力减去纵向每延米自重函数得到吊杆或立柱按分布力形式的合理作用力函数；按照吊杆或立柱的实际位置获得在合理作用力函数上的数值，依据所述数值计算吊杆或立柱的合理作用力。
9、作为进一步的实现方式，以拱桥的拱肋顶点为原点、桥梁纵向为x向、拱肋高度方向为y向建立坐标系。
10、作为进一步的实现方式，采用等间距分割，其中分割点包括拱顶和拱脚共有n个。
11、作为进一步的实现方式，根据拱轴线上n个点的x坐标、y坐标，得到到离散数值方式表达的拱轴线函数y＝f(x)。
12、作为进一步的实现方式，考虑拱肋为偏心受压构件，需在轴心抗压承载力基础上折减，取所述轴心抗压承载力的0.5～0.9倍作为拱顶的控制水平力：
13、t＝(0.5～0.9)fda；
14、其中，t为拱顶的控制水平力；fd为材料轴心抗压强度；a为拱肋截面面积。
15、作为进一步的实现方式，拱肋上n个点沿x坐标方向的纵向每延米自重函数g(x)表示为：
16、
17、其中ρ为拱肋材料的重度；k为考虑拱肋结构中其他构造的重度调整系数。作为进一步的实现方式，合理作用力函数p(x)表示为：
18、p＝q(x)-g(x)；
19、其中x取n个点的坐标。
20、作为进一步的实现方式，将所述数值乘以吊杆或立柱的间距，或者以吊杆或立柱前后间距的中间为起止范围对p(x)进行积分，得到吊杆或立柱的合理作用力。
21、作为进一步的实现方式，所述合理作用力表示为：
22、fj＝p(xj)*δl；
23、或者，
24、其中，fj为第j根吊杆或立柱的作用力；xj为第j根吊杆或立柱的x坐标；δl为吊杆或立柱的间距。
25、第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定系统，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，包括：
26、拱轴线函数构建模块，被配置为：建立拱桥坐标系，将拱轴线按照x坐标进行分割，得到拱轴线上n个点的x坐标、y坐标，构建拱轴线函数；
27、参数求解模块，被配置为：求解拱轴线函数在n个点上的一阶导数和二阶导数；按照拱顶的截面面积和材料等级计算轴心抗压承载力，以所述轴心抗压承载力的设定倍数作为拱顶的控制水平力；
28、拱肋合理分布作用力函数计算模块，被配置为：将控制水平力乘以拱轴线n个点的二阶导数，得到拱肋合理分布作用力函数在n个点处的数值；
29、纵向每延米自重函数获取模块，被配置为：依据拱肋上n个点处的截面面积计算沿拱肋弧长方向的每延米自重，并将每延米自重乘以得到拱肋上n个点沿x坐标方向的纵向每延米自重函数；
30、合理作用力计算模块，被配置为：将拱肋合理分布作用力减去纵向每延米自重函数得到吊杆或立柱按分布力形式的合理作用力函数；按照吊杆或立柱的实际位置获得在合理作用力函数上的数值，依据所述数值计算吊杆或立柱的合理作用力。
31、本专利技术的有益效果如下：
32、本专利技术基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，可以对任意形状的拱轴线进行吊杆或立柱的合理作用力的设计，在保障结构安全性的同时，降低拱肋材料使用，提高桥梁结构的经济性。同时，采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，较少对工程经验的依赖，使桥梁设计更科学、高效。
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【技术保护点】
1.一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，包括：
2.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，以拱桥的拱肋顶点为原点、桥梁纵向为x向、拱肋高度方向为y向建立坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，采用等间距分割，其中分割点包括拱顶和拱脚共有n个。
4.根据权利要求1或3所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，根据拱轴线上n个点的x坐标、y坐标，得到到离散数值方式表达的拱轴线函数y＝f(x)。
5.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，取所述轴心抗压承载力的0.5～0.9倍作为拱顶的控制水平力：
6.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，拱肋上n个点沿x坐标方向的纵向每延米自重函数g(x)表示为：
7.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，合理作用力函数p(x)表示为：
8.根据权利要求1或7所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，将所述数值乘以吊杆或立柱的间距，或者以吊杆或立柱前后间距的中间为起止范围对p(x)进行积分，得到吊杆或立柱的合理作用力。
9.根据权利要求8所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，所述合理作用力表示为：
10.一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定系统，其特征在于，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，基于拱肋轴心受压时的力学平衡方程，并采用微积分数学算法确定吊杆或立柱的合理作用力，包括：
2.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，以拱桥的拱肋顶点为原点、桥梁纵向为x向、拱肋高度方向为y向建立坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，采用等间距分割，其中分割点包括拱顶和拱脚共有n个。
4.根据权利要求1或3所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，根据拱轴线上n个点的x坐标、y坐标，得到到离散数值方式表达的拱轴线函数y＝f(x)。
5.根据权利要求1所述的一种拱桥吊杆或立柱合理作用力确定方法，其特征在于，取所述轴心抗压承载力的0.5～0.9倍作为拱顶的控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭元诚，徐欣，钟毅恒，黄古剑，许健，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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