CN103410097A - 梁拱组合结构撑压杆设置方法 - Google Patents

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牛辉
汪劲丰
王桂玲
苗冬梅
马明磊
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Abstract

本发明公开了一种梁拱组合结构撑压杆设置方法，其包括以下步骤：将梁拱之间的空腹区等效为梁拱之间的实腹板；对等效后的实腹板进行受力分析，确定实腹板的应力分布；根据应力分布，设置撑压杆。本发明由于采用了上述技术方案，通过对实腹板进行受力分析，并分别考虑到剪切应力与正应力的影响，根据应力分布将撑压杆设置在应力分布最为集中的区域，并进一步通过选择最大应力等值线与最小应力等值线中曲率最大的点连接成为一条曲线并拟合为直线来确定撑压杆的位置与方向，使其走向为应力减小最缓慢的方向，整个过程可避免复杂的方案设计，改善各构件的受力状态，为类似工程的施工提供参考依据。

Description

梁拱组合结构撑压杆设置方法
技术领域
本发明涉及一种建筑施工方法，尤其是一种梁拱组合结构撑压杆设置方法。
背景技术
工程中经常会遇到需要设置撑压杆的情况。此时，一般根据工程经验确定若干可行的撑压杆设置方案，再进行力学分析，从而得到较为合适的方案。但此方法对工程经验要求较高，且未必能构得到最有方案。
发明内容
本发明主要技术手段是提供一种梁拱组合结构撑压杆设置方法，可以快速确定撑压杆的安装位置，适用于梁拱组合桥梁及桁架结构的撑压杆设置及结构优化设计。
本发明的技术方案包括一种梁拱组合结构撑压杆设置方法，包括以下步骤：将梁拱之间的空腹区等效为梁拱之间的实腹板；对等效后的实腹板进行受力分析，确定实腹板的应力分布；根据应力分布，设置撑压杆。
本发明进一步改进在于：设置撑压杆进一步包括以下步骤：根据等效的实腹板的应力分布，画出应力等值线；基于所述应力等值线，选择应力集中区域设置撑压杆。
本发明进一步改进在于：在撑压杆的安装区域确定之后，进一步通过以下步骤设置撑压杆的位置和方向：在所述安装区域内，自最大应力等值线至最小应力等值线之间，依次选取每条应力等值线的曲率最大的点连接成为一条曲线；将所述曲线拟合成直线；基于所述拟合成的直线确定所述撑压杆的位置和方向。
本发明进一步改进在于：根据等效的实腹板的应力分布，分别画出剪切应力等值线与正应力等值线。
本发明由于采用了上述技术方案，通过对实腹板进行受力分析，并分别考虑到剪切应力与正应力的影响，根据应力分布将撑压杆设置在应力分布最为集中的区域，并进一步通过选择最大应力等值线与最小应力等值线中曲率最大的点连接成为一条曲线并拟合为直线来确定撑压杆的位置与方向，使其走向为应力减小最缓慢的方向，整个过程可避免复杂的方案设计，改善各构件的受力状态，为类似工程的施工提供参考依据。
附图说明
图1为本发明梁拱组合结构撑压杆设置方法中梁拱组合的侧视图；
图2为本发明梁拱组合结构撑压杆设置方法中实腹板剪切应力分布图；
图3为本发明梁拱组合结构撑压杆设置方法中实腹板竖向正应力分布图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明做详细说明。
梁拱组合结构如图1所示，梁拱组合结构由梁20和上方的拱10组成，在本实施中以单拱肋梁拱组合桥梁为假定模型，其跨度设定为180（长度量纲L，单位可以m计），矢高45，梁截面高3.2，拱截面高2，厚度均为2.2，均质后的实腹板厚度为0.01。选用钢材料，泊松比为0.3，弹性模量2.1×1011（量纲M·L·T2·M-2,单位可以N·m-2计），密度7850（量纲M·L-3，单位可以kg·m-3计）。支座间距为90。
为了增加梁拱组合的强度，在梁拱之间需要设置撑压杆，其架设的原则如下：
1.撑压杆布置在应力最大的位置，且其走向为应力减小最缓慢的方向；
2.撑压杆应设置为直杆，仅提供轴向支撑力或拉力；
3.根据多种条件设置的撑压杆，为避免过于繁杂，应将位置比邻、走向相近的撑压杆合并。
基于上述架设原则，本发明通过以下方法来架设梁拱组合之间的撑压杆：
首先将梁拱之间的空腹区等效为梁拱之间的实腹板30，参阅图1所示；对等效后的实腹板30进行有限元分析，确定实腹板30的应力分布，分别绘制出剪切应力分布图（图2所示）与正应力分布图（图3所示），由于梁拱结构中心对称，所以图2、3中只画出梁拱结构的半边受力情况；
然后，根据上述绘制出的应力分布图确定撑压杆的安装区域；首先如图2所示，在拱跨中部支座处剪应力基本为零，而该处两侧区域a剪应力较大，其分布呈对称性以一定角度向两边扩散，为抵抗剪应力，需要在拱跨中部的两侧区域a设置撑压杆31；再配合图3所示，拱跨中部支座区域b为压应力集中区域，该区域b外剪切应力较小的区域c内实腹板的拉应力较大，主要是因为主梁下挠导致，为抵抗正应力，需要在上述区域b与区域c设置撑压杆31；
最后确定安装撑压杆31的具体位置方向：在上述已经确定的安装区域a、b、c内，自最大应力等值线与最小应力等值线之间，依次选取每条应力等值线的曲率最大的点连接成为一条曲线34,该曲线即为应力减小最缓慢的路径，将所述曲线拟合成直线，即为撑压杆31的位置和方向；
其中，一般可采用最小二乘法、面积法等方法将曲线拟合成直线，上述方法皆为本领域的常规数学拟合方法，在本发明中不再赘述。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种梁拱组合结构撑压杆设置方法，其特征在于包括以下步骤：
将梁拱之间的空腹区等效为梁拱之间的实腹板；
对等效后的实腹板进行受力分析，确定实腹板的应力分布；
根据应力分布，设置撑压杆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于设置撑压杆的位置和方向进一步包括以下步骤：
根据等效的实腹板的应力分布，画出应力等值线；
基于所述应力等值线，选择应力集中区域设置撑压杆。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于在撑压杆的安装区域确定之后，进一步通过以下步骤设置撑压杆的位置和方向：
在所述安装区域内，自最大应力等值线至最小应力等值线之间，依次选取每条应力等值线的曲率最大的点连接成为一条曲线；
将所述曲线拟合成直线；
基于所述拟合成的直线确定所述撑压杆的位置和方向。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：根据等效的实腹板的应力分布，分别画出剪切应力等值线与正应力等值线。
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