CN104711923A - 使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，属于油气管道跨越设计技术领域。所述方法包括：计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；比较“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值，并调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；安装“π”型弹簧。所述装置包括：计算模块、调整模块和设置安装模块。本发明通过调整“π”型弹簧几何参数，可设计出适用于不同桥梁气弹模型的“π”型弹簧，实用性强。

Description

使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法

技术领域

本发明涉及油气管道跨越设计技术领域，特别涉及一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法。

背景技术

对于主梁为桁架结构的油气管道悬索跨越结构，其对风的作用相当敏感。如果采用传统的气弹模型设计方法，需在桁架内增加一根用于模拟主梁刚度的芯梁，这样势必会在一定程度上影响风的绕流状态，导致与实际桥梁的气动力有差别，进而造成气弹模型与实桥风振响应之间有较大差别。

发明内容

为了解决传统的悬索管道桥气弹模型设计方法与实桥风振响应之间的差别问题，本发明提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；

步骤2，将“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；

步骤3，比较“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值，并根据比较结果，调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；

步骤4，根据差率达到小于3％时的“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

进一步的，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。

进一步的，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度期望值的计算方法包括：

建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度和扭转刚度；

根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值(EI)_m和扭转刚度期望值(GI_d)_m，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left(\mathrm{EI}\right)}_p\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_p\end{array}\right.$

其中：EI为弯曲刚度；GI_d为扭转刚度；n为几何缩尺比；下标m代表气弹模型；下标p代表实桥。

进一步的，步骤2中所述刚度等效值的计算方法包括：

设置“π”型弹簧几何参数的初始值，包括：“π”型弹簧横梁的长度、“π”型弹簧立柱的垂直长度、“π”型弹簧横梁与立柱的宽度、“π”型弹簧开口长度和“π”型弹簧厚度；

将气弹模型各梁段视为刚体，建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G；

根据“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G、“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}=f(E,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{qeu}}=g(G,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\end{array}\right.$

其中：(EI)_equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值；(GI_d)_equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度等效值；L₁为“π”型弹簧横梁的长度，L₂为“π”型弹簧立柱的垂直长度，B₁、B₂分别为“π”型弹簧横梁与立柱的宽度，L为“π”型弹簧开口长度，T为“π”型弹簧厚度；θ为“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；E为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度；G为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度。

进一步的，所述步骤3具体为：

计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值之间的差率，即：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{|{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left(\mathrm{EI}\right)}_m|}{{\left(\mathrm{EI}\right)}_m}\×100\%;$

${\mathrm{\η}}_G=\frac{|{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m|}{{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m}\×100\%.$

调整“π”型弹簧几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，并重新计算所述差率，直到差率小于3％。

本发明还提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的装置，包括：计算模块、调整模块和设置安装模块；

所述计算模块，用于计算出气弹模型主梁的刚度期望值和“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；

所述调整模块，用于根据所述计算模块计算出的“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值的比较结果，调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；

设置安装模块，用于根据差率达到小于3％时“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

进一步的，所述计算模块包括：刚度期望值计算单元和刚度等效值计算单元；

所述刚度期望值计算单元，用于建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度和扭转刚度，并根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值和扭转刚度期望值；

所述刚度等效值计算单元，用于建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度，并根据“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度、“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值。

进一步的，所述调整模块包括：比较单元和调整单元；

所述比较单元，用于计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值之间的差率；

所述调整单元，用于根据所述差率调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率达到小于3％。

进一步的，所述设置安装模块包括设置单元和安装单元；

所述设置单元，用于设置所述差率达到小于3％时“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；

所述安装单元，用于根据所述设置单元设置的“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，将“π”型弹簧连接在主梁梁段之间

本发明的有益效果为：

本发明提供的使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法及装置，能够更加准确地模拟桁架加劲梁的刚度，可使气弹模型的加工和拼装过程更简便易行；通过调整“π”型弹簧的几何参数，可设计出适用于不同桥梁气弹模型的“π”型弹簧，实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法流程图；

图2是本发明实施例“π”型弹簧顺桥向的布置图；

图3是本发明实施例“π”型弹簧横桥向的布置图；

图4是本发明实施例“π”型弹簧弯曲示例图；

图5是本发明实施例“π”型弹簧扭转示例图；

图6是本发明实施例“π”型弹簧的尺寸示意图；

图7是本发明实施例使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；

1)建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的竖向、侧向弯曲刚度和扭转刚度。

对于大型的复杂结构来说，合理的有限元模型能准确地反映结构的本质与特征。有限元模型的建立应着重结构刚度、质量和边界条件的模拟，这三个因素直接与结构的特征相关，它们应尽量地和实际结构相符。悬索管道桥由于其柔性大，任何一个外界条件的改变就有可能导致其形状和刚度发生较大的变化。因此在进行力学建模时，必须要对结构进行合理的简化，既要保证结构受力的合理性，又要保证模型的简单明了。

ANSYS模块是一款大型的通用有限元分析模块，它在悬索跨越特别是管道桥的建模和分析中得到了广泛的运用。它的Beam4，Beam188空间梁单元，Link系列索单元以及Mass21集中质量单元等单元类型为全桥空间杆系有限元模型的建立提供了强有力的支撑。对于桁架加劲梁的有限元模型，可采用Beam188梁单元模拟来考虑杆件节点二次力的影响。

悬臂梁位移法计算空间桁架的弯曲刚度和扭转刚度，是以空间桁架为“梁”建立一悬臂梁节段，在该悬臂梁上作用弯曲荷载或扭转荷载，可得到一系列的变形，根据悬臂“梁”荷载与变形的关系，可反算该梁的弯曲刚度和扭转刚度，即为空间桁架的弯曲刚度和扭转刚度。空间桁架相应于弯曲刚度和扭转刚度有弯曲惯矩和扭转惯矩，由于桁架弹性模量一般为常量，根据刚度和惯矩的关系，只要得到刚度便可求得惯矩。实桥加劲梁的扭转刚度通过公式(1)反算得出：

$\mathrm{\θ}=\frac{M_T}{\mathrm{GJ}}---\left(1\right);$

其中：

θ——单位长度转角；

M_T——截面的总扭矩；

G——剪切模量；

J——单位长度转动惯量。

实桥加劲梁的竖向、侧向弯曲刚度通过公式(2)计算得出：

$y=\frac{{\mathrm{Px}}^2}{6\mathrm{EI}}(31-X)---\left(2\right);$

其中：

P——集中荷载；

EI——弯曲刚度。

2)根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值(EI)_m和扭转刚度期望值(GI_d)_m。

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left(\mathrm{EI}\right)}_p\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_p\end{array}\right.---\left(3\right)$

(3)式中：EI为弯曲刚度；GI_d为扭转刚度；n为几何缩尺比；下标m代表气弹模型，下标p代表实桥；

步骤2，将“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；

本发明实施例使用“π”型弹簧连接在气弹模型各梁段之间，“π”型弹簧布置如图2和图3所示。在“π”型弹簧连接的气弹模型主梁弯曲和扭转时，“π”型弹簧会产生形变，如图4和图5所示。

1)预先设置“π”型弹簧几何参数的初始值，包括：“π”型弹簧横梁的长度、“π”型弹簧立柱的垂直长度、“π”型弹簧横梁与立柱的宽度、“π”型弹簧开口长度和“π”型弹簧厚度。

2)将气弹模型各梁段视为刚体，建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的竖向、侧向弯曲刚度E和扭转刚度G。

3)根据“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的竖向、侧向弯曲刚度E和扭转刚度G，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值(EI)_equ和扭转刚度等效值(GI_d)_equ。

分别建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值和扭转刚度等效值与“π”型弹簧的函数关系表达式，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}=f(E,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{qeu}}=g(G,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\end{array}\right.---\left(4\right)$

(4)式中，L₁、L₂、B₁、B₂、L和T为“π”型弹簧几何参数，其中：L₁为“π”型弹簧横梁的长度，L₂为“π”型弹簧立柱的垂直长度，B₁、B₂分别为“π”型弹簧横梁与立柱的宽度，L为“π”型弹簧开口长度，T为“π”型弹簧厚度，如图6所示；θ为“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，如图3所示；EI为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度，GI_d为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度；

步骤3，比较“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值，并根据比较结果，调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；

根据(EI)_equ与(EI)_m、(GI_d)_equ与(GI_d)_m的差率η_E和η_G，调整“π”型弹簧几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，并重新计算(EI)_equ和(GI_d)_equ，再次比较(EI)_equ与(EI)_m、(GI_d)_equ与(GI_d)_m的差率，直到差率达到小于3％。

(EI)_equ与(EI)_m的差率η_E： ${\mathrm{\η}}_E=\frac{|{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left(\mathrm{EI}\right)}_m|}{{\left(\mathrm{EI}\right)}_m}\×100\%;$

(GI_d)_equ与(GI_d)_m的差率η_G： ${\mathrm{\η}}_G=\frac{|{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m|}{{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m}\×100\%.$

根据悬索管道桥的特点，同时满足工程设计精度要求，预设置的差率值为不大于3％，当设计的模型与实际值相差超过此差率值时，通过调整“π”型弹簧的宽度和长度，以达到缩小差率值的目的，最终使得设计模型与实际值相符。

步骤4，根据差率达到小于3％时的“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

以中缅油气管道缆沧江跨越“π”型弹簧连接的气弹模型为实施例。

为保证质量的相似性,模型主梁采用铝制弦杆、塑料斜杆，每段主梁之间由U型扣相连。主梁全长范围内由27段组成，每段之间留有2mm的缝隙。为了保持质量相似，采用铅块分别对成桥状态模型和施工状态模型进行配重，配重块置于石油和天然气管道模型内部，以使质量及质量惯矩达到表1的要求。

表1主梁及桥塔主要设计参数

参见图7，本发明实施例还提供了一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的装置，包括：计算模块、调整模块和设置安装模块；

计算模块，用于计算出气弹模型主梁的刚度期望值和“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；

调整模块，用于根据计算模块计算出的“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值的比较结果，调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使刚度等效值与刚度期望值的差率达到预设目标值；

设置安装模块，用于根据差率达到预设目标值时“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

其中，计算模块包括：刚度期望值计算单元和刚度等效值计算单元；

刚度期望值计算单元，用于建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度和扭转刚度，并根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值和扭转刚度期望值；

刚度等效值计算单元，用于建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度，并根据“π”型弹簧连接的气弹模型加劲梁的刚度、“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值。

其中，调整模块包括：比较单元和调整单元；

比较单元，用于计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值之间的差率；

调整单元，用于根据差率调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使刚度等效值与刚度期望值的差率达到预设目标值。

其中，设置安装模块包括设置单元和安装单元；

设置单元，用于设置差率达到预设目标值时“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；

安装单元，用于根据设置单元设置的“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，将“π”型弹簧连接在主梁弦杆间。

在具体应用中，主梁弯曲刚度的模拟是通过“π”型弹簧面内同向弯曲即主梁弦杆间距增大或减小来实现的，如图4所示；主梁扭转刚度的模拟是通过“π”型弹簧面外反向弯曲即主梁弦杆轴线的交错来实现的，如图5所示。

与现有的“V”型弹簧相比，本发明实施例的“π”型弹簧在结构上多一根横梁，而该横梁对主梁刚度有极其重要的影响，使之成为主梁刚度的控制参数，从而能够更加准确地模拟桁架加劲梁的刚度。采用本发明实施例的“π”型弹簧，可使气弹模型的加工和拼装过程更简便易行；通过调整“π”型弹簧的几何参数，可设计出适用于不同桥梁气弹模型的“π”型弹簧，实用性强。

与传统的在桁架内增加一根用以模拟主梁刚度的芯梁相比，由于本发明实施例“π”型弹簧的尺寸相对于模型主梁来说非常小，因此它对气动力的影响可以忽略不计，使得采用本发明实施例“π”型弹簧模拟主梁刚度，可以有效避免芯梁在一定程度上影响风的绕流状态，造成气弹模型与实际桥梁风振响应之间有较大差别这一弊端。本发明广泛适用于大跨度桁梁桥全桥气弹模型设计，可以准确地模拟桁架梁的竖向、侧向弯曲刚度和扭转刚度，提高了气弹模型设计的相似度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种使用“π”型弹簧模拟悬索桥气弹模型主梁刚度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，计算出所述气弹模型主梁的刚度期望值；

步骤2，将所述“π”型弹簧连接在主梁梁段间，计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值；

步骤3，比较“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值，并根据比较结果，调整“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，使所述刚度等效值与刚度期望值的差率小于3％；

步骤4，根据差率达到小于3％时的“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，调整“π”型弹簧，并将“π”型弹簧连接在主梁梁段间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中所述气弹模型主梁的刚度期望值的计算方法包括：

建立桁架加劲梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出实桥加劲梁的弯曲刚度和扭转刚度；

根据相似关系，计算出气弹模型主梁的弯曲刚度期望值(EI)_m和扭转刚度期望值(GI_d)_m，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left(\mathrm{EI}\right)}_p\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m=\frac{1}{n^5}{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_p\end{array}\right.$

其中：EI为弯曲刚度；GI_d为扭转刚度；n为几何缩尺比；下标m代表气弹模型；下标p代表实桥。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述刚度等效值的计算方法包括：

设置“π”型弹簧几何参数的初始值，包括：“π”型弹簧横梁的长度、“π”型弹簧立柱的垂直长度、“π”型弹簧横梁与立柱的宽度、“π”型弹簧开口长度和“π”型弹簧厚度；

将气弹模型各梁段视为刚体，建立“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的有限元模型，通过悬臂梁位移法计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G；

根据“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度E和扭转刚度G、“π”型弹簧的几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，计算出“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值，即：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}=f(E,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\\ {\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{equ}}=g(G,L_1,L_2,B_1,B_2,L,T,\mathrm{\θ})\end{array}\right.$

其中：(EI)_equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度等效值；(GI_d)_equ为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度等效值；L₁为“π”型弹簧横梁的长度，L₂为“π”型弹簧立柱的垂直长度，B₁、B₂分别为“π”型弹簧横梁与立柱的宽度，L为“π”型弹簧开口长度，T为“π”型弹簧厚度；θ为“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角；E为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的弯曲刚度；G为“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的扭转刚度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

计算“π”型弹簧连接的气弹模型主梁的刚度等效值与气弹模型主梁的刚度期望值之间的差率，即：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{|{\left(\mathrm{EI}\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left(\mathrm{EI}\right)}_m|}{{\left(\mathrm{EI}\right)}_m}\×100\%,$

${\mathrm{\η}}_G=\frac{|{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_{\mathrm{equ}}-{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m|}{{\left({\mathrm{GI}}_d\right)}_m}\×100\%.$

调整“π”型弹簧几何参数和“π”型弹簧所在平面与桁架水平面的夹角，并重新计算所述差率，直到差率小于3％。