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专利号: 2021102177345
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

S1:根据箱梁的实际工作情况,先基于二维平面模型或三维实体空间模型建立初始设计域;

S2:开展优化,获取不同精度和维度的拓扑解,这些拓扑解清晰地表达箱梁内部的传力路径;

S3:获得拓扑解后,按照最优拓扑构型进行简化,再构建相应的力学模型,并设计相应的钢束布置。

2.按照权利要求1所述的预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于,S3的主要步骤流程如下:S3.1:所述力学模型为杆系结构模型,由最优拓扑构型的各关键点,先进行杆系结构模型的初步拟形;

S3.2:对初拟模型进行简化整理,主要包括对近距离的结点和平行杆件进行归并,以及对棋盘格效应造成的零碎杆件进行剔除;

S3.3:进一步简化模型,调整腹杆间距,使其等间距或分段等间距分布。

3.按照权利要求2所述的预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于:S3中,

S3.1包括:

S3.1.1:各杆的连接,在优化区域外按刚节点考虑,在优化区域内按铰接点考虑;

S3.3包括:

S3.3.1:简化后的模型为几何不变体系;

S3.3.2:简化后的模型受力与建立初始设计域的箱梁具有相同或相近的受力特性,对于混凝土箱梁来说,拓扑构型简化后,为由顶板、横梁及支座区域组成的刚架结构、由主梁区域的拉、压杆组成的类桁架结构,再共同组成的组合结构模型;

还包括S4:在S3.3.2中的组合结构模型上进行预应力钢束布置的优化调整。

4.按照权利要求3所述的预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于:S4包括:

S4.1:预应力钢束布置时,首先按正常使用极限状态及承载能力极限状态的应力要求估算钢束数,在对钢束线形进行布置时,根据简化模型所表示的钢束受拉区进行布置,同时需满足钢束构造要求。

5.按照权利要求4所述的预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于:步骤S1中:

S1.1:基于二维平面模型或三维实体空间模型建立初始设计域的有限元模型包括顶板、横梁及支座;

S1.2:分别采用平面单元PLANE82及实体单元SOLID65模拟钢筋混凝土,对箱梁进行二维及三维建模;

S1.3:建模时设定顶板、横梁及支座不参与优化;

S1.4:建模完成后采用80mm×80mm网格单元对整个模型进行离散化处理。

6.按照权利要求5所述的预应力小箱梁桥的预应力钢束拓扑优化设计方法,其特征在于:S4.1包括:

S4.1.1:钢束全部布置在受拉杆中;

S4.1.2:对于跨中截面钢束位置,在保证预留孔道构造要求的前提下,加大钢束群重心的偏心距;

S4.1.3:在受拉区域内布置预应力钢束时,会有部分钢束弯出顶板,可做锚固块,将钢束锚固于顶板,或将所有钢束都锚固在梁端截面,并均匀、分散布置,避免应力集中;

S4.1.4:底板已完全优化,将钢束全部布置在腹板内,底板区域不再布置预应力钢束;

S4.1.5:各钢束在距梁端3m~12m范围内进行弯起。