【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及橋梁，尤其涉及一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法及系統。
技術介紹
1、結構試驗是掌握結構在各種作用下的內力分布、工作狀態以及破壞模式的有效方法，但直接在實際結構上進行的原型試驗存在測試周期長、現場測試條件不穩定及無法進行有損試驗等問題；縮尺模型試驗具有激勵與測試成本低、測試條件可控、可重復多工況，是模擬實際結構特點、保障結構安全的有效方法。
2、縮尺模型試驗的關鍵在于建立反映實際結構靜動力特性的縮尺模型，其核心是確立原型結構與縮尺結構的相似關系。
3、現有研究多關注模型的靜力相似或動力相似，同時考慮靜動力相似關系融合的較少，且涉及的模型大多結構簡單、縮尺比例大，復雜結構的小比例縮尺模型在截面設計、節點連接、邊界條件設置等方面受相似關系和加工制作的雙重限制。
技術實現思路
1、有鑒于此，有必要提供一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法及系統?，用以解決設計縮尺模型時單獨考慮靜力相似或動力相似的技術問題。
2、為了解決上述問題，本專利技術提供一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，包括：
3、獲取橋梁的原型及縮尺模型的物理量，基于所述物理量和量綱分析法確定靜力無量綱參數；
4、建立多自由度運動方程，基于所述多自由度運動方程以及所述物理量確定動力無量綱參數；
5、基于所述靜力無量綱參數以及動力無量綱參數確定所述原型與縮尺模型的相似關系，基于所述相似關系對所述縮尺模型進行畸變分析，確定所述原型
6、在一種可能的實現方式中，所述基于所述物理量，根據量綱分析法確定靜力無量綱參數，包括：
7、構建材料力學模型，基于所述材料力學模型以及所述物理量確定原型與縮尺模型的相似常數，其中，所述物理量至少包括長度、質量、時間、速度、密度，所述相似常數包括彈性模量、幾何尺寸、響應加速度、泊松比、響應位移、截面面積、截面慣性矩、荷載、質量、頻率以及密度；
8、基于所述相似常數，根據量綱分析法確定靜力無量綱參數，其中，所述靜力無量綱參數包括第一靜力無量綱參數、第二靜力無量綱參數、第三靜力無量綱參數、第四靜力無量綱參數、第五靜力無量綱參數、第六靜力無量綱參數、第七靜力無量綱參數以及第八靜力無量綱參數。
9、在一種可能的實現方式中，所述靜力無量綱參數的計算式為：
10、，
11、，
12、，
13、，
14、，
15、，
16、，
17、，
18、其中，為第一靜力無量綱參數，為第二靜力無量綱參數，為第三靜力無量綱參數，為第三靜力無量綱參數，為第五靜力無量綱參數，為第六靜力無量綱參數，為第七靜力無量綱參數，為第八靜力無量綱參數，為材料泊松比，為線位移，為材料密度，為構件長度，為重力加速度，為分布面荷載集度，為外力，為材料的彈性模量，為應力，為應變，為截面受到的彎矩，為所求點到中性軸的距離，為截面慣性矩。
19、在一種可能的實現方式中，所述基于所述多自由度運動方程以及所述物理量確定動力無量綱參數，包括：
20、基于所述多自由度運動方程以及所述物理量構建多自由度物理量的量綱矩陣；
21、根據第二相似理論，基于所述多自由度物理量的量綱矩陣確定動力無量綱參數，其中，所述動力無量綱參數包括第一動力無量綱參數、第二動力無量綱參數、第三動力無量綱參數以及第四動力無量綱參數。
22、在一種可能的實現方式中，所述動力無量綱參數的計算式為：
23、，
24、，
25、，
26、，
27、其中，為第一動力無量綱參數，為外力，為材料的彈性模量，為幾何縮尺比，為第二動力無量綱參數，為自振頻率，為密度，為第三動力無量綱參數，為響應加速度，為線位移，為第四動力無量綱參數，為速度。
28、在一種可能的實現方式中，所述原型與縮尺模型的相似關系的計算式為：
29、，
30、，
31、，
32、其中，為原型的彈性模量，為彈性模量相似比，為縮尺模型的彈性模量，為原型的幾何尺寸，為縮尺模型的幾何尺寸，為幾何尺寸相似比，為響應加速度相似比，為原型的響應加速度，縮尺模型的響應加速度。
33、在一種可能的實現方式中，所述基于所述相似關系對所述縮尺模型進行畸變分析，確定所述原型與縮尺模型的實際相似關系，包括：
34、基于所述相似關系獲得縮尺模型的相似常數，基于所述相似常數確定縮尺模型的材料類型；
35、確定原型與縮尺模型的幾何縮尺比，基于所述相似關系、材料類型以及幾何縮尺比確定原型與縮尺模型的相似系數；
36、基于所述相似關系以及相似系數對所述縮尺模型進行畸變分析，確定所述原型與縮尺模型的實際相似關系。
37、在一種可能的實現方式中，所述基于所述相似關系以及相似系數對所述縮尺模型進行畸變分析，包括：
38、獲取縮尺模型的體積，基于所述相似關系獲得密度相似比，基于所述密度相似比以及體積確定縮尺模型的附加質量；
39、獲取縮尺模型的實際質量，基于所述附加質量、縮尺模型的實際質量以及體積確定所述縮尺模型的等效密度；
40、基于所述相似系數以及縮尺模型的等效密度確定主梁的理論密度相似比以及橋塔的理論密度相似比；
41、基于所述縮尺模型的等效密度確定主梁的密度相似比以及橋塔的密度相似比；
42、基于所述主梁的密度相似比以及橋塔的密度相似比分別確定主梁的權值以及橋塔的權值；
43、基于所述主梁的權值、橋塔的權值以及相似關系確定等效密度相似比以及等效彈性模量相似比，基于所述等效密度相似比以及等效彈性模量相似比對所述動力無量綱參數進行調整，以確定所述原型與縮尺模型的實際相似關系。
44、在一種可能的實現方式中，所述基于所述實際相似關系完成縮尺模型設計，包括：
45、基于所述實際相似關系以及幾何縮尺比確定縮尺模型的桁架截面相似系數、主梁截面參數、橋塔截面相似系數，其中，所述桁架截面包括上弦截面、平聯截面、腹桿截面，所述主梁截面參數包括主梁的軸向剛度、橫向抗彎剛度、抗扭剛度，所述橋塔截面包括橋塔上柱截面、橋塔中柱截面；
46、獲取橋梁的參數，基于所述橋梁的參數、桁架截面相似系數、主梁截面參數以及橋塔截面相似系數完成縮尺模型設計。
47、另一方面，本專利技術還提供一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計系統，包括：
48、靜力無量綱參數確定模塊，用于獲取橋梁的原型及縮尺模型的物理量，基于所述物理量和量綱分析法確定靜力無量綱參數；
49、動力無量綱參數確定模塊，用于建立多自由度運動方程，基于所述多自由度運動方程以及所述物理量確定動力無量綱參數；
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【技術保護點】
1.一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述物理量，根據量綱分析法確定靜力無量綱參數，包括：
3.根據權利要求2所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述靜力無量綱參數的計算式為：
4.根據權利要求2所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述多自由度運動方程以及所述物理量確定動力無量綱參數，包括：
5.根據權利要求4所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述動力無量綱參數的計算式為：
6.根據權利要求5所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述原型與縮尺模型的相似關系的計算式為：
7.根據權利要求5所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述相似關系對所述縮尺模型進行畸變分析，確定所述原型與縮尺模型的實際相似關系，包括：
8.根據權利要求7所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征
9.根據權利要求8所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述實際相似關系完成縮尺模型設計，包括：
10.一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述物理量，根據量綱分析法確定靜力無量綱參數，包括：
3.根據權利要求2所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述靜力無量綱參數的計算式為：
4.根據權利要求2所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述基于所述多自由度運動方程以及所述物理量確定動力無量綱參數，包括：
5.根據權利要求4所述的基于靜動力信息融合的橋梁模型設計方法，其特征在于，所述動力無量綱參數的計算式為：
6.根據權利要求5所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余興勝，朱宏平，翁順，于虹，高珂，翟春梅，曹振雄，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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