[发明专利]一种钢桁梁杆件断面智能设计方法

说明书

本发明公开了一种钢桁梁杆件断面智能设计方法，包括以下步骤：根据板件预设的厚度范围和级差，获取杆件中每一个板件的多个厚度值；对杆件中每一个板件在取不同厚度值下进行排列组合，获得杆件的n种断面，并计算每种断面的截面积、截面惯性矩和截面形心位置；计算杆件在不同的荷载组合下最大内力和最小内力；从杆件的所有断面中，筛选出满足目标条件的断面，并从所有的满足目标条件的断面中选取数值最小的截面积所对应的断面作为杆件的最佳断面；按此重复，计算钢桁梁节段所有杆件的最佳断面。从每个杆件的所有断面中搜寻既满足目标条件且截面积数值最小的最佳断面。该方法设计效率高、用钢量最省、大量节约成本。

技术领域

本发明涉及桥梁结构工程领域，具体涉及一种钢桁梁杆件断面智能设计方法。

背景技术

钢桁梁作为一种跨越能力比较强的桥梁结构，在钢结构桥梁领域占有非常重要的地位。其核心理念是将以弯曲为主的梁离散为以轴向受力为主的杆件，从而提高材料利用效率，增强跨越能力。此外，钢桁梁与缆索承重桥梁、拱桥相结合，作为加劲梁，便可适应更大的跨度，实现双层桥面的功能。

目前，参见图1-2所示，在设计钢桁梁杆件的断面时，通常将钢桁梁分成多个钢桁梁节段4，每个钢桁梁节段4包括上弦杆1、下弦杆2和腹杆3，且上弦杆1沿A-A方向的断面和下弦杆2沿B-B方向的断面为箱型，腹杆3沿C-C的断面为工字型或箱型，上弦杆1、下弦杆2和腹杆3的断面均由顶板10、底板11和竖板12拼装而成。参见图3-5所示，每个钢桁梁节段4的上弦杆1、下弦杆2和腹杆3所包含的顶板10的长度L₁、底板11的长度L₂和竖板12的长度L₃已知，因此只需要确定拼装每个钢桁梁节段4的上弦杆1、下弦杆2和腹板3所包含的顶板10的厚度D₁、底板11的厚度D₂和竖板12的厚度D₃，便可以得到每个钢桁梁节段4的上弦杆1、下弦杆2和腹板3的断面，并可以计算出截面积、截面惯性矩、截面形心位置，然而一般大跨度钢桁梁包含成千上万根上弦杆1、下弦杆2和腹杆3，那么就需要将成千上万根上弦杆1、下弦杆2和腹杆3进行检算获得各上弦杆1、下弦杆2和腹杆3所包含的顶板10、底板11和竖板12的厚度，导致设计钢桁梁杆件的方法需要耗费设计工作者大量的时间，而且重复计算的工作量很大，2～3个设计人员需要一周左右时间，且有时为了减少工作量，保守的将每个钢桁梁节段4的上弦杆1、下弦杆2和腹杆3所包含的顶板10、底板11和竖板12的厚度采用统一厚度，造成材料浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种钢桁梁杆件断面智能设计方法，从每个杆件的所有断面中搜寻既满足目标条件且截面积数值最小的最佳断面，设计效率高、使得用钢量最省、大量节约成本。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种钢桁梁杆件断面智能设计方法，钢桁梁节段包括多个类别的杆件，每一所述杆件包括多个板件；所述设计方法包括以下步骤：

根据所述板件预设的厚度范围和级差，获取所述杆件中每一个板件的多个厚度值；

对所述杆件中每一个板件在取不同厚度值下进行排列组合，获得所述杆件的n种断面，并计算每种断面的截面积、截面惯性矩和截面形心位置；

计算所述杆件在不同的荷载组合下最大内力和最小内力；

从所述杆件的所有断面中，筛选出满足目标条件的断面，并从所有的满足目标条件的断面中选取数值最小的截面积所对应的断面作为所述杆件的最佳断面，其中，所述目标条件为：根据最大内力与截面积、截面惯性矩和截面形心位置的关系，以及最小内力与截面积、截面惯性矩和截面形心位置的关系，计算得到的应力值均符合预设应力条件；

按此重复，计算所述钢桁梁节段所有杆件的最佳断面。