CN113622300B - 一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁及桁片的设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，涉及桥梁施工技术领域，其包括中跨区和两个边跨区，中跨区包括沿横桥向间隔设置的两个主桁片，以及横设于两个主桁片之间的主横梁；两个边跨区沿纵桥向分设于中跨区的两端，边跨区包括两个第一边桁片、第二边桁片和两个边横梁，两个第一边桁片沿横桥向间隔设置，并分别沿纵桥向延伸至与两个主桁片连接；第二边桁片位于两个第一边桁片之间，并沿纵桥向延伸至与主横梁连接；两个边横梁分别横设于第二边桁片与两个第一边桁片之间，并沿纵桥向延伸至与主横梁连接。本申请可以大大降低中跨区的主桁片的用钢量，以降低全桥用钢量；减小了边跨区的边横梁的跨度，降低了边横梁横向变形，有利于轨道的平顺性。

Description

一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁及桁片的设计方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁及桁片的设计方法。

背景技术

近些年来，随着我国社会经济的高速发展，车辆越来越多，桥面越来越宽，桥梁的跨度越来越大，悬索桥具有跨度大、重量轻、承载能力高等优点，成为超大跨桥梁首要选择的结构形式。常规的悬索桥钢桁梁采用以下思路进行设计：

钢桁梁的主要受力结构为主桁及桥面，主桁的截面主要由轮廓尺寸(板件的宽度和高度)和板厚决定，轮廓尺寸由主桁最大内力控制。对于带边跨的宽桥面悬索桥钢桁梁，钢桁梁分布在边跨和中跨两种区域。中跨区域钢桁梁，有吊索支撑，吊索之间钢桁梁跨度较小，主桁内力较小；边跨区域钢桁梁，无吊索支撑，钢桁梁跨度很大，主桁内力较大。

在常规的悬索桥钢桁梁设计中，边跨和中跨区域钢桁梁均采用统一的主桁截面轮廓尺寸，轮廓尺寸由边跨最大内力杆件控制设计。但是边跨区域较短，中跨区域很长，全桥用钢量主要由中跨区域决定。若采用边跨主桁截面轮廓尺寸，会使得中跨区域用钢量偏高，进而使得全桥用钢量偏高。因此，常规的宽桥面悬索桥钢桁梁设计思路，使得主桁截面轮廓尺寸偏大，全桥用钢量偏高。而且，在铁路悬索桥钢桁梁设计中，设计规范对梁端转角有严格要求，边跨的桥面横梁跨度较大，横向变形较大，不利于轨道平顺性。

发明内容

本申请实施例提供一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁及桁片的设计方法，以解决相关技术中边跨和中跨区域钢桁梁均采用统一的主桁截面轮廓尺寸，使得主桁截面轮廓尺寸偏大，全桥用钢量偏高，且边跨的桥面横梁跨度较大，横向变形较大，不利于轨道平顺性的问题。

第一方面，提供了一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其包括：

中跨区，其包括沿横桥向间隔设置的两个主桁片，以及横设于两个所述主桁片之间的主横梁；

两个边跨区，两个所述边跨区沿纵桥向分设于所述中跨区的两端，所述边跨区包括：

-两个第一边桁片，两个所述第一边桁片沿横桥向间隔设置，并分别沿纵桥向延伸至与两个所述主桁片连接；

-第二边桁片，其位于两个所述第一边桁片之间，并沿纵桥向延伸至与所述主横梁连接；

-两个边横梁，两个所述边横梁分别横设于所述第二边桁片与两个所述第一边桁片之间，并沿纵桥向延伸至与所述主横梁连接。

一些实施例中，所述第二边桁片位于两个所述第一边桁片的中间。

一些实施例中，所述主桁片、第一边桁片和第二边桁片均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆和下弦杆，以及连接于所述上弦杆和下弦杆之间的多根腹杆。

一些实施例中：

所述主横梁包括第一主横梁和第二主横梁，所述第一主横梁设于两个所述主桁片的上弦杆之间，所述第二主横梁设于两个所述主桁片的下弦杆之间；

所述边横梁包括第一边横梁和第二边横梁，所述第一边横梁设于所述第一边桁片和所述第二边桁片的上弦杆之间，所述第二边横梁设于所述第一边桁片和所述第二边桁片的下弦杆之间。

第二方面，提供了一种上述所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其包括以下步骤：

减小所述主桁片的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主，得到待优化的宽度

和高度

将

和

作为所述第一边桁片的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1；以及将

作为所述第二边桁片的杆件断面的初始宽度W_边2；

根据所述第一边桁片和所述第二边桁片的杆件的内力，W_边1，H_边1，W_边2，以及所述第二边桁片的杆件断面的初始高度H_边2，获得所述第一边桁片和所述第二边桁片的杆件断面的初始厚度D_边；

判断D_边是否超过阈值；

若大于阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边与所述阈值基本相等；

若小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边与所述阈值基本相等。

一些实施例中，所述主桁片、第一边桁片和第二边桁片均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆和下弦杆，以及连接于所述上弦杆和下弦杆之间的多根腹杆。

一些实施例中，该设计方法具体包括以下步骤：

分别减小所述主桁片的上弦杆和下弦杆断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下，并分别作为所述主桁片的上弦杆和下弦杆断面的待优化的宽度

和

以及待优化的高度

和

将

和

分别作为所述第一边桁片的上弦杆和下弦杆断面的初始宽度W_边1上和W_边1下，以及所述第二边桁片的上弦杆和下弦杆断面的初始宽度W_边2上和W_边2下；并将

和

分别作为所述第一边桁片的的上弦杆和下弦杆断面的初始高度H_边1上和H_边1下；

根据所述第一边桁片的上弦杆和下弦杆的内力，以及W_边1上，W_边1下，H_边1上和H_边1下，获得所述第一边桁片的上弦杆和下弦杆的断面的初始厚度D_边1上和D_边1下；

根据所述第二边桁片的上弦杆和下弦杆的内力，W_边2上和W_边2下，以及所述所述第二边桁片的上弦杆和下弦杆的初始高度H_边2上和H_边2下，获得所述第二边桁片的上弦杆和下弦杆的断面的初始厚度D_边2上和D_边2下；

判断D_边1上和D_边1下，以及D_边2上和D_边2下是否超过阈值；

若D_边1上或D_边2上超过阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边1上和D_边2上与所述阈值基本相等；

若D_边1下或D_边2下超过阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边1下和D_边2下与所述阈值基本相等；

若D_边1上或D_边2上小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边1上和D_边2上与所述阈值基本相等；

若D_边1下或D_边2下小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边1下和D_边2下与所述阈值基本相等。

一些实施例中，该设计方法还包括获取W_主和H_主的步骤，具体如下：

建立钢桁梁的初始模型，所述初始模型中的边跨区包括两个边桁片；

根据所述边桁片的杆件的内力，获取所述边桁片的杆件断面的宽度和高度；

将所述宽度和高度作为所述主桁片的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主。

一些实施例中，该设计方法还包括获取所述第一边桁片和所述第二边桁片的杆件的内力的步骤，具体如下：

建立钢桁梁的优化模型，所述优化模型中的边跨区包括两个第一边桁片和第二边桁片；

根据所述边桁片的杆件断面的面积，W_边1和H_边1，以及W_边2和H_边2，设定所述第一边桁片和所述第二边桁片的杆件的初拟厚度D'_边1和D'_边2；

根据W_边1、H_边1、D'_边1，以及W_边2、H_边2、D'_边2，获取所述第一边桁片和所述第二边桁片的杆件的内力。

一些实施例中，该设计方法还包括以下步骤：

根据两个所述边横梁的内力，获得两个所述边横梁的截面积；

根据所述截面积，获得所述边横梁的高度。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请实施例的悬索桥钢桁梁的边跨区增加一个桁片，也就是第二边桁片，增加的第二边桁片分担了边跨区原本两个桁片的内力，可以减小每个桁片的内力，因此，可以将边跨区的第一边桁片和第二边桁片的杆件截面轮廓尺寸设计的小一点，那么以边跨区的桁片的杆件截面为基准的中跨区的主桁片的杆件截面轮廓尺寸也比常规的小，因此，可以大大降低中跨区的主桁片的用钢量，从而降低全桥用钢量。而且，由于本申请实施例的边跨区增加了第二边桁片，那么相当于减小了边跨区的边横梁的跨度，降低了边横梁横向变形，有利于轨道的平顺性。

本申请实施例提供了一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁及桁片的设计方法，本申请实施例的悬索桥钢桁梁的边跨区增加一个桁片，也就是第二边桁片，增加的第二边桁片分担了边跨区原本两个桁片的内力，可以减小每个桁片的内力，因此，可以将边跨区的第一边桁片和第二边桁片的杆件截面轮廓尺寸设计的小一点，那么以边跨区的桁片的杆件截面为基准的中跨区的主桁片的杆件截面轮廓尺寸也比常规的小，因此，本申请实施例可以大大降低中跨区的主桁片的用钢量，从而降低全桥用钢量；而且，由于本申请实施例的边跨区增加了第二边桁片，那么相当于减小了边跨区的边横梁的跨度，降低了边横梁的用钢量，降低了边横梁横向变形，有利于轨道的平顺性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的中跨区的横断面示意图；

图2为本申请实施例提供的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的边跨区的横断面示意图；

图3为本申请实施例提供的第一边桁片的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第二边桁片的结构示意图；

图5为图4的A处局部放大图；

图6为本申请实施例提供的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁桁片的设计方法的流程图。

图中：1、中跨区；10、主桁片；100、上弦杆；101、下弦杆；102、腹杆；11、主横梁；110、第一主横梁；111、第二主横梁；2、边跨区；20、第一边桁片；21、第二边桁片；22、边横梁；220、第一边横梁；221、第二边横梁。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

参见图1和图2所示，本申请实施例1提供了一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其包括中跨区1和两个边跨区2，中跨区1包括沿横桥向间隔设置的两个主桁片10，以及横设于两个主桁片10之间的主横梁11；两个边跨区2沿纵桥向分设于中跨区1的两端，边跨区包括两个第一边桁片20、第二边桁片21和两个边横梁22，两个第一边桁片20沿横桥向间隔设置，并分别沿纵桥向延伸至与两个主桁片10连接；第二边桁片21位于两个第一边桁片20之间，并沿纵桥向延伸至与主横梁11连接；两个边横梁22分别横设于第二边桁片21与两个第一边桁片20之间，并沿纵桥向延伸至与主横梁11连接。

常规的悬索桥钢桁梁，也包括中跨区1和两个边跨区2，中跨区1包括沿横桥向间隔设置的两个桁片，但是边跨区2只包括沿横桥向间隔设置的两个桁片，而且中跨区1的桁片的杆件截面以边跨区2的桁片的杆件截面为基准，又由于边跨区2的桁片没有吊索支撑，其杆件的内力较大，那么就导致中跨区1的桁片的杆件截面轮廓尺寸设计较大，用钢量也比较大，增加造桥成本，且造成钢材的浪费。

相较于常规的悬索桥钢桁梁而言，本申请实施例1的悬索桥钢桁梁的边跨区2增加一个桁片，也就是第二边桁片21，增加的第二边桁片21分担了边跨区2原本两个桁片的内力，可以减小每个桁片的内力，因此，可以将边跨区2的第一边桁片20和第二边桁片21的杆件截面轮廓尺寸设计的小一点，那么以边跨区2的桁片的杆件截面为基准的中跨区1的主桁片10的杆件截面轮廓尺寸也比常规的小，因此，可以大大降低中跨区1的主桁片10的用钢量，从而降低全桥用钢量。而且，由于本申请实施例1的边跨区2增加了第二边桁片21，那么相当于减小了边跨区2的边横梁22的跨度(常规的两片桁片的边跨区2的边横梁的跨度为两个桁片之间的横向距离，本申请实施例1的边跨区2的边横梁的跨度为第一边桁片20与第二边桁片21之间的横向距离)，降低了边横梁横向变形，有利于轨道的平顺性。

参见图2所示，进一步的，第二边桁片21位于两个第一边桁片20的中间。

第二边桁片21与两个第一边桁片20的横向距离相等，那么两个边横梁22的跨度也相等，保证钢桁梁的平顺性和受力的稳定性。

参见图3和图4所示，进一步的，主桁片10、第一边桁片20和第二边桁片21均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆100和下弦杆101，以及连接于上弦杆100和下弦杆101之间的多根腹杆102。

本申请实施例1的桁片都是由上弦杆100、下弦杆101和腹杆102行车的桁架结构，而且，上弦杆100和下弦杆101均由多个杆件节段拼接组装而成。

参见图1和图2所示，更进一步的，主横梁11包括第一主横梁110和第二主横梁111，第一主横梁110设于两个主桁片10的上弦杆100之间，第二主横梁111设于两个主桁片10的下弦杆101之间；边横梁22包括第一边横梁220和第二边横梁221，第一边横梁220设于第一边桁片20和第二边桁片21的上弦杆100之间，第二边横梁221设于第一边桁片20和第二边桁片21的下弦杆101之间。

本申请实施例1的悬索桥钢桁梁为双层轨道桥梁，第一主横梁110和第二主横梁111分为上下两层，第一主横梁110和第二主横梁111均能行车。

参见图5所示，第二边桁片21在主塔处向中跨区1延伸一定长度距离，以利于第二边桁片21内力的过渡。

实施例2：

参见图6所示，本申请实施例2提供了一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其包括以下步骤：

600：减小主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主，得到待优化的宽度

和高度

由于常规的主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主均以，只有两个桁片的边跨区2的桁片的杆件断面的宽度和高度为基准设计的，导致常规的主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主过大，厚度过小，用钢量增加；因此，本申请实施例1将主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主减小，以降低主桁片10的用钢量。

601：将

和

作为第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1；以及将

作为第二边桁片21的杆件断面的初始宽度W_边2；

由于本申请实施例2的边跨区2具有三个桁片，相较于常规的钢桁梁，增加了一个桁片，那么第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1可以适当降低，因此将第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1以主桁片10的待优化的宽度

和高度

为基准进行设计，在减小第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1的同时，也能保持全桥的中跨区1和边跨区2的桁片的杆件宽度和高度基本一致。

再者，由于桥面存在坡度，第二边桁片21位于两个第一边桁片20的中间，那么第二边桁片21的杆件断面的高度要高于第一边桁片20的杆件断面的高度，而且第二边桁片21的杆件断面的高度已知，只需要将主桁片10的待优化的宽度

作为第二边桁片21的杆件断面的初始宽度W_边2即可。

602：根据第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的内力，W_边1，H_边1，W_边2，以及第二边桁片21的杆件断面的初始高度H_边2，获得第一边桁片20和第二边桁片21的杆件断面的初始厚度D_边；

已知第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的荷载，并结合第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的内力，可以获得第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的截面积，从而得到第一边桁片20和第二边桁片21的杆件断面的初始厚度D_边。

603：判断D_边是否超过阈值；

由于主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主减小的越多，那么第一边桁片20和第二边桁片21的杆件断面的初始厚度D_边就会越大，但是D_边不能超过阈值，超过阈值，会导致杆件的各项性能指标降低。

604：若大于阈值，则增加

和

并重复步骤601-603，直至D_边与阈值基本相等；

本申请实施例2的阈值设为50mm。若D_边大于50mm，则说明第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1过小，那么就需要增加

和

以增加第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始宽度高度H_边1，以及第二边桁片21的杆件断面的初始宽度W_边2，那么就能减小第一边桁片20和第二边桁片21的杆件断面的初始厚度D_边，直至D_边基本等于50mm，例如48-52mm。

605：若小于阈值，则继续减小

和

并重复步骤601-603，直至D_边与阈值基本相等。

若D_边小于50mm，则说明主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主还能继续减小，那么就再减小

和

以再次减小第一边桁片20的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1，以及第二边桁片21的杆件断面的初始宽度W_边2，直至D_边趋近50mm。

参见图3和图4所示，进一步的，主桁片10、第一边桁片20和第二边桁片21均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆100和下弦杆101，以及连接于上弦杆100和下弦杆101之间的多根腹杆102。

本申请实施例2的桁片都是由上弦杆100、下弦杆101和腹杆102行车的桁架结构，而且，上弦杆100和下弦杆101均由多个杆件节段拼接组装而成。

更进一步的，该设计方法具体包括以下步骤：

700：分别减小主桁片10的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下，并分别作为主桁片10的上弦杆100和下弦杆101断面的待优化的宽度

和

以及待优化的高度

和

由于常规的主桁片10的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下均以，只有两个桁片的边跨区2的桁片的上弦杆100和下弦杆101断的宽度和高度为基准设计的，导致常规的主桁片10的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下均过大，厚度过小，用钢量增加；因此，本申请实施例2将主桁片10的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下均减小，以降低主桁片10的用钢量。

701：将

和

分别作为第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_边1上和W_边1下，以及第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101断面的初始宽度W_边2上和W_边2下；并将

和

分别作为第一边桁片20的的上弦杆100和下弦杆101断面的初始高度H_边1上和H_边1下；

本申请实施例2的第一边桁片20和第二边桁片21的上弦杆100断面的宽度和高度，以主桁片10的上弦杆100断面的

和

为基准进行设计；第一边桁片20和第二边桁片21的下弦杆101断面的宽度和高度，以主桁片10的下弦杆101断面的

和

为基准进行设计。

702：根据第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101的内力，以及W_边1上，W_边1下，H_边1上和H_边1下，获得第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101的断面的初始厚度D_边1上和D_边1下；

已知第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101的荷载，并结合第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101的内力，可以获得第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆101的截面积，从而得到第一边桁片20的上弦杆100和下弦杆10的断面的初始厚度D_边1上和D_边1下。

703：根据第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的内力，W_边2上和W_边2下，以及第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的初始高度H_边2上和H_边2下，获得第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的断面的初始厚度D_边2上和D_边2下；

已知第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的荷载，并结合第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的内力，可以获得第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆101的截面积，从而得到第二边桁片21的上弦杆100和下弦杆10的断面的初始厚度D_边2上和D_边2下。

704：判断D_边1上和D_边1下，以及D_边2上和D_边2下是否超过阈值；

705：若D_边1上或D_边2上超过阈值，则增加

和

并重复步骤701-704，直至D_边1上和D_边2上与阈值基本相等；

若D_边1上或D_边2上超过阈值，说明主桁片10的上弦杆100断面的初始宽度W_主上和初始高度H_主上过小，那么就需要增加

和

以增加第一边桁片20的上弦杆100断面的W_边1上和H_边1上，以及第二边桁片21的上弦杆100断面的初始宽度W_边2上，那么就能减小第一边桁片20和第二边桁片21的上弦杆100断面的初始厚度D_边1上和D_边2上，直至D_边1上和D_边2上基本等于阈值。

706：若D_边1下或D_边2下超过阈值，则增加

和

并重复步骤701-704，直至D_边1下和D_边2下与阈值基本相等；

若D_边1下或D_边2下超过阈值，说明主桁片10的下弦杆101断面的初始宽度W_主上和初始高度H_主上过小，那么就需要增加

和

以增加第一边桁片20的下弦杆101断面的W_边1下和H_边1下，以及第二边桁片21的下弦杆101断面的初始宽度W_边2下，那么就能减小第一边桁片20和第二边桁片21的下弦杆101断面的初始厚度D_边1下或D_边2下，直至D_边1下或D_边2下基本等于阈值。

707：若D_边1上或D_边2上小于阈值，则继续减小

和

并重复步骤701-704，直至D_边1上和D_边2上与阈值基本相等；

若D_边1上或D_边2上小于阈值，则说明主桁片10的上弦杆100断面的初始宽度W_主上和初始高度H_主上还能继续减小，那么就再减小

和

以再次减小第一边桁片20的上弦杆100断面的初始宽度W_边1上和初始高度H_边1上，以及第二边桁片21的上弦杆100断面的初始宽度W_边2上，直至D_边1上和D_边2上趋近阈值。

708：若D_边1下或D_边2下小于阈值，则继续减小

和

并重复步骤701-704，直至D_边1下和D_边2下与阈值基本相等。

若D_边1下或D_边2下小于阈值，则说明主桁片10的下弦杆101断面的初始宽度W_主上和初始高度H_主上还能继续减小，那么就再减小

和

以再次减小第一边桁片20的下弦杆101断面的初始宽度W_边1下和初始高度H_边1下，以及第二边桁片21的下弦杆101断面的初始宽度W_边2下，直至D_边1下和D_边2下趋近阈值。

进一步的，步骤600中主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主采用以下步骤获得：

800：建立钢桁梁的初始模型，初始模型中的边跨区2包括两个边桁片；

此处的初始模型为常规的悬索桥钢桁梁，也包括中跨区1和两个边跨区2，中跨区1包括沿横桥向间隔设置的两个桁片，但是边跨区2只包括沿横桥向间隔设置的两个边桁片。

801：根据边桁片的杆件的内力，获取边桁片的杆件断面的宽度和高度；

边桁片的杆件的荷载已知，结合边桁片的杆件的内力，就能获取边桁片的杆件断面的宽度和高度。

802：将宽度和高度作为主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主。

以边桁片的杆件断面的宽度和高度为基准，将其作为主桁片10的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主。

进一步的，步骤602中第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的内力根据以下步骤获取：

900：建立钢桁梁的优化模型，优化模型中的边跨区2包括两个第一边桁片20和第二边桁片21；

钢桁梁的优化模型为本申请实施例1的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的模型。

901：根据边桁片的杆件断面的面积，W_边1和H_边1，以及W_边2和H_边2，设定第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的初拟厚度D′_边1和D′_边2；

由于增加了第二边桁片21，那么杆件的恒载有所变化，因此本申请实施例2通过假定第一边桁片20的所有的杆件厚度都相同，且为D′_边1，以及假定所有的第二边桁片21的所有的杆件厚度都相同，且为D′_边2。

902：根据W_边1、H_边1、D′_边1，以及W_边2、H_边2、D′_边2，获取第一边桁片20和第二边桁片21的杆件的内力。

以第一边桁片20为例，根据W_边1、H_边1、D′_边1，相当于已知了第一边桁片20的结构，那么第一边桁片20的每个杆件的内力也能获得，再根据第一边桁片20的每个杆件的内力，获取第一边桁片20的每个杆件的修正厚度，然后再根据W_边1、H_边1和修正厚度，获得第一边桁片20的每个杆件的修正内力，再根据修正内力获得第一边桁片20的每个杆件的优化厚度。基本通过两次迭代就能获得第一边桁片20的每个杆件理想的厚度即优化厚度。

更进一步的，该设计方法还包括以下步骤：

606：根据两个边横梁22的内力，获得两个边横梁22的截面积；

607：根据截面积，获得边横梁22的高度。

由于增加了第二边桁片21，两个边横梁22的内力相较于常规的一个横梁的内力有所降低，那么边横梁22的截面积也有所降低，从而可以降低边横梁22的高度，节省边横梁22的用钢量。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其特征在于，其包括：

中跨区(1)，其包括沿横桥向间隔设置的两个主桁片(10)，以及横设于两个所述主桁片(10)之间的主横梁(11)；

两个边跨区(2)，两个所述边跨区(2)沿纵桥向分设于所述中跨区(1)的两端，所述边跨区包括：

-两个第一边桁片(20)，两个所述第一边桁片(20)沿横桥向间隔设置，并分别沿纵桥向延伸至与两个所述主桁片(10)连接；

-第二边桁片(21)，其位于两个所述第一边桁片(20)之间，并沿纵桥向延伸至与所述主横梁(11)连接；

-两个边横梁(22)，两个所述边横梁(22)分别横设于所述第二边桁片(21)与两个所述第一边桁片(20)之间，并沿纵桥向延伸至与所述主横梁(11)连接。

2.如权利要求1所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其特征在于，所述第二边桁片(21)位于两个所述第一边桁片(20)的中间。

3.如权利要求1所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其特征在于，所述主桁片(10)、第一边桁片(20)和第二边桁片(21)均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆(100)和下弦杆(101)，以及连接于所述上弦杆(100)和下弦杆(101)之间的多根腹杆(102)。

4.如权利要求3所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁，其特征在于：

所述主横梁(11)包括第一主横梁(110)和第二主横梁(111)，所述第一主横梁(110)设于两个所述主桁片(10)的上弦杆(100)之间，所述第二主横梁(111)设于两个所述主桁片(10)的下弦杆(101)之间；

所述边横梁(22)包括第一边横梁(220)和第二边横梁(221)，所述第一边横梁(220)设于所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的上弦杆(100)之间，所述第二边横梁(221)设于所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的下弦杆(101)之间。

5.如权利要求1所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

减小所述主桁片(10)的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主，得到待优化的宽度

和高度

将

和

作为所述第一边桁片(20)的杆件断面的初始宽度W_边1和初始高度H_边1；以及将

作为所述第二边桁片(21)的杆件断面的初始宽度W_边2；

根据所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的杆件的内力，W_边1，H_边1，W_边2，以及所述第二边桁片(21)的杆件断面的初始高度H_边2，获得所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的杆件断面的初始厚度D_边；

判断D_边是否超过阈值；

若大于阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边与所述阈值基本相等；

若小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边与所述阈值基本相等。

6.如权利要求5所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，所述主桁片(10)、第一边桁片(20)和第二边桁片(21)均包括：沿钢桁梁的高度方向间隔设置的上弦杆(100)和下弦杆(101)，以及连接于所述上弦杆(100)和下弦杆(101)之间的多根腹杆(102)。

7.如权利要求6所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，该设计方法具体包括以下步骤：

分别减小所述主桁片(10)的上弦杆(100)和下弦杆(101)断面的初始宽度W_主上和W_主下，以及初始高度H_主上和H_主下，并分别作为所述主桁片(10)的上弦杆(100)和下弦杆(101)断面的待优化的宽度

和

以及待优化的高度

和

将

和

分别作为所述第一边桁片(20)的上弦杆(100)和下弦杆(101)断面的初始宽度W_边1上和W_边1下，以及所述第二边桁片(21)的上弦杆(100)和下弦杆(101)断面的初始宽度W_边2上和W_边2下；并将

和

分别作为所述第一边桁片(20)的上弦杆(100)和下弦杆(101)断面的初始高度H_边1上和H_边1下；

根据所述第一边桁片(20)的上弦杆(100)和下弦杆(101)的内力，以及W_边1上，W_边1下，H_边1上和H_边1下，获得所述第一边桁片(20)的上弦杆(100)和下弦杆(101)的断面的初始厚度D_边1上和D_边1下；

根据所述第二边桁片(21)的上弦杆(100)和下弦杆(101)的内力，W_边2上和W_边2下，以及所述第二边桁片(21)的上弦杆(100)和下弦杆(101)的初始高度H_边2上和H_边2下，获得所述第二边桁片(21)的上弦杆(100)和下弦杆(101)的断面的初始厚度D_边2上和D_边2下；

判断D_边1上和D_边1下，以及D_边2上和D_边2下是否超过阈值；

若D_边1上或D_边2上超过阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边1上和D_边2上与所述阈值基本相等；

若D_边1下或D_边2下超过阈值，则增加

和

并重复上述步骤，直至D_边1下和D_边2下与所述阈值基本相等；

若D_边1上或D_边2上小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边1上和D_边2上与所述阈值基本相等；

若D_边1下或D_边2下小于阈值，则继续减小

和

并重复上述步骤，直至D_边1下和D_边2下与所述阈值基本相等。

8.如权利要求5所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，该设计方法还包括获取W_主和H_主的步骤，具体如下：

建立钢桁梁的初始模型，所述初始模型中的边跨区(2)包括两个边桁片；

根据所述边桁片的杆件的内力，获取所述边桁片的杆件断面的宽度和高度；

将所述宽度和高度作为所述主桁片(10)的杆件断面的初始宽度W_主和初始高度H_主。

9.如权利要求8所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，该设计方法还包括获取所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的杆件的内力的步骤，具体如下：

建立钢桁梁的优化模型，所述优化模型中的边跨区(2)包括两个第一边桁片(20)和第二边桁片(21)；

根据所述边桁片的杆件断面的面积，W_边1和H_边1，以及W_边2和H_边2，设定所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的杆件的初拟厚度D'_边1和D'_边2；

根据W_边1、H_边1、D'_边1，以及W_边2、H_边2、D'_边2，获取所述第一边桁片(20)和所述第二边桁片(21)的杆件的内力。

10.如权利要求5所述的宽桥面变桁片式悬索桥钢桁梁的桁片的设计方法，其特征在于，该设计方法还包括以下步骤：

根据两个所述边横梁(22)的内力，获得两个所述边横梁(22)的截面积；

根据所述截面积，获得所述边横梁(22)的高度。

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