【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及兩鉸拱橋鉸軸轉角計算領域，具體涉及一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，可以計算鉸軸在車輛荷載和溫度變化作用下的極限轉角。
技術介紹
1、目前，世界上所建拱橋大部分采用無鉸拱形式，但是無鉸拱的超靜定次數高，在溫度變化、混凝土收縮徐變與基礎變位等因素影響下會產生較大的附加應力，對于拱橋結構的受力與安全性能不利，如圖1所示。而兩鉸拱橋可以減小其在基礎位移、溫度變化、混凝土收縮和徐變等因素作用下引起的附加內力，且拱肋在拱腳處的鉸軸可面內轉動，能夠釋放拱肋在運營階段產生的面內彎矩，達到改善橋梁結構的受力，提高經濟與安全性能的目的。但是，兩鉸拱橋在端部需設置鉸軸，其在車輛荷載、環境溫度變化等因素的作用下，會產生面內轉角，設計時需明確鉸軸的轉動范圍，作為鉸軸裝置設計的依據。所以，有必要提出一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，用于指導該類橋型設計。
技術實現思路
1、為解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，可以計算鉸軸在車輛荷載和溫度變化作用下的極限轉角。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供了以下技術方案：一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，包括兩鉸拱橋在車輛荷載作用下的拱截面彎矩計算和兩鉸拱橋在整體升降溫作用下的拱截面彎矩計算。
3、進一步地，所述兩鉸拱橋在車輛荷載作用下的拱截面彎矩計算，包括：
4、1)計算兩鉸拱橋在集中力p的作用下，沿拱軸線各拱肋截面的彎矩，采用力法進行計算；
5、2)計算集中力p作用下的任意拱肋截面彎矩mp，假設拱軸線為懸鏈線方程：
6、
7、其中，y為拱軸任意截面距離拱頂位置的垂直距離；ξ為任意拱截面的水平坐標x與拱橋跨徑的一半l/2的比值；f為拱軸線的矢高；m為拱軸系數；
8、
9、3)假設集中力p作用于左半跨，則左半跨的拱肋截面彎矩，mpl(x)，計算如下：
10、
11、其中，x0為集中力p距離拱頂的水平距離；ξ0為x0與的比值；x為拱肋任意截面距離拱頂處的距離；
12、右半跨的拱肋截面彎矩，mpr(x)，計算如下：
13、
14、4)去除右側拱鉸的水平約束，并施加水平方向的單位力1，計算該單位力作用下的拱軸截面彎矩m1：
15、
16、5)根據力法計算得到：
17、
18、
19、其中，δ11為單位力作用下該位置的位移；δ1p為集中力p作用下單位力作用位置處的位移；y′為拱軸線方程y(x)的一階導數；ei為拱截面的抗彎剛度；
20、6)建立力法平衡方程：
21、δ11x1+δ1p＝0???????????????????????????????????????????????????????(8)
22、通過求解平衡方程(8)，得x1；
23、7)計算集中力p作用下的拱軸任意截面位置的彎矩分布：
24、左半跨彎矩ml(x)：
25、
26、右半跨彎矩mr(x)：
27、
28、8)在兩鉸拱基本體系左側施加單位轉角，則拱軸線彎矩計算如下：
29、左半跨彎矩m2l(x)：
30、
31、右半跨彎矩m2r(x)：
32、
33、9)計算兩鉸拱左側拱腳的轉角θleft：
34、
35、
36、10)在兩鉸拱基本體系右側施加單位轉角，則拱軸線彎矩計算如下：
37、左半跨彎矩m3l(x)：
38、
39、右半跨彎矩m3r(x)：
40、
41、11)計算兩鉸拱右側拱腳的轉角θright：
42、
43、進一步地，所述兩鉸拱橋在整體升降溫作用下的拱截面彎矩計算，包括：
44、1)原始拱軸線方程y如公式(1)所示，假設整體升溫δt后的拱軸線方程為yup，整體降溫δt后的拱軸線方程為ydn，則升溫后的拱軸線方程滿足：
45、
46、降溫后的拱軸線方程滿足：
47、
48、其中，α為拱圈材料的線膨脹系數，y′，yu′p，y′dn表示拱軸線方程的一階導數；
49、2)通過求解公式(17)和(18)，分別得到整體升、降溫δt后的拱軸線方程導數yu′p和y′dn如下：
50、
51、其中，ln()表示自然對數；sinh()表示雙曲正弦函數；
52、3)通過對公式(1)求導，得原始拱軸線方程導數y′：
53、
54、4)整體升溫后的拱腳處轉角變化，δθ1為：
55、δθ1＝arctan(y′up)-arctan(y′)????????????(22)
56、整體降溫后的拱腳處轉角變化，δθ2為：
57、δθ2＝arctan(y′dn)-arctan(y′)????????????(23)。
58、與現有技術相比，本專利技術至少具有如下有益效果：
59、(1)現有技術缺少專門針對兩鉸拱橋鉸軸轉角的簡便計算方法。
60、(2)本專利技術推導了兩鉸拱橋在車輛荷載和整體溫度變化作用下的鉸軸轉角解析表達式，適用于兩鉸拱橋初步設計階段的鉸軸轉動范圍計算，可以快速、簡便地確定鉸軸轉動范圍，指導兩鉸拱鉸軸的設計。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，其特征在于，包括兩鉸拱橋在車輛荷載作用下的拱截面彎矩計算和兩鉸拱橋在整體升降溫作用下的拱截面彎矩計算。
2.根據權利要求1所述的適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，其特征在于，所述兩鉸拱橋在車輛荷載作用下的拱截面彎矩計算，包括：
3.根據權利要求1所述的適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，其特征在于，所述兩鉸拱橋在整體升降溫作用下的拱截面彎矩計算，包括：
【技術特征摘要】
1.一種適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算方法，其特征在于，包括兩鉸拱橋在車輛荷載作用下的拱截面彎矩計算和兩鉸拱橋在整體升降溫作用下的拱截面彎矩計算。
2.根據權利要求1所述的適用于兩鉸拱橋鉸軸轉角的計算...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉新華，張子翔，
申請(專利權)人：中交第二公路勘察設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。