[发明专利]一种主拱结构的设计方法和装置

权利要求书

1.一种主拱结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据交通、景观需求及岸基条件选取合适的桥址，并根据桥址处河流宽度确定主拱结构的净跨L；

所述主拱结构包含三节苗系统和五节苗系统，所述三节苗系统包括第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂、第二三节苗斜苗S₃，其中，第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的长度相同；所述五节苗系统包括第一五节苗下斜苗W₁、第一五节苗上斜苗W₂、五节苗平苗W₃、第二五节苗上斜苗W₄、第二五节苗下斜苗W₅，其中，第一五节苗下斜苗W₁和第二五节苗下斜苗W₅的长度相同，第一五节苗上斜苗W₂和第二五节苗上斜苗W₄的长度相同；

步骤2：设定初值矢跨比f₁为0.17，计算第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的长度和截面直径；

步骤3：计算三节苗平苗S₂的跨中应力σ与矢跨比f的关系，取三节苗平苗S₂的跨中应力最小时对应的矢跨比作为矢跨比f₂；使用矢跨比f₂重新计算第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的长度；

步骤4：基于矢跨比f₂及净跨L，计算第一五节苗下斜苗W₁、第一五节苗上斜苗W₂、五节苗平苗W₃、第二五节苗上斜苗W₄、第二五节苗下斜苗W₅的长度和截面直径；

步骤5：根据步骤3求得的第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的长度、步骤2求得的第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的截面直径以及步骤4求得的第一五节苗下斜苗W₁、第一五节苗上斜苗W₂、五节苗平苗W₃、第二五节苗上斜苗W₄、第二五节苗下斜苗W₅的长度和截面直径建立主拱结构的有限元模型，计算主拱结构所有杆件的应力及挠度，若主拱结构的部分杆件的应力或挠度超过《木结构设计标准》GB50005-2017所规定的限值时，增大超限杆件的截面直径后再次计算主拱结构所有杆件的应力及挠度，直到主拱结构所有杆件的应力及挠度均小于规范限值。

2.根据权利要求1所述的一种主拱结构的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2.1：设定主拱结构的初值矢跨比f₁为0.17，利用公式(1)计算得到第一三节苗斜苗S₁、三节苗平苗S₂和第二三节苗斜苗S₃的长度l₁：

步骤2.2：所述第一三节苗斜苗S₁和第二三节苗斜苗S₃的截面直径均为D₁，所述三节苗平苗S₂的截面直径为D₂；设计第一三节苗斜苗S₁和第二三节苗斜苗S₃的截面直径不小于11.4l₁+226，以及三节苗平苗S₂的截面直径不小于10.8l₁+211。