一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法与流程
本发明属于波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制技术领域，具体涉及一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法。
背景技术：
预应力混凝土pc箱梁是现代大跨径桥梁常用的结构形式，箱梁一般需要在顶底板及腹板上布置预应力钢筋来提高其抗弯、抗剪承载能力，因此其截面都比较厚重。随着跨径的增大，其自重也迅速增大，影响了跨越能力和经济性，更加重了下部结构的负担。同时结构腹板主要承受剪力，顶底板的温度差及腹板的干燥收缩引起的应力问题比较突出，腹板容易出现较多裂缝，严重影响到结构运营的安全性及耐久性。波形钢腹板组合箱梁，用波形钢腹板代替普通混凝土腹板，采用体外索施加纵向预应力，钢腹板与混凝土顶底板之间通过各种连接件结合在一起协同受力。
波形钢腹板组合箱梁充分利用了混凝土抗压、波形钢腹板抗剪屈服强度高的优点，有效地将钢材与混凝土两种材料结合起来，扬长避短，大大提高了材料的使用效率，是一种经济、合理、高效的结构类型。一方面，由于梁体自重减轻20～30％，将显著减小桥梁下部结构工程量，同时由于这种结构体系能极大地提高预加应力效率、充分发挥材料性能，因此也将减少上部结构材料用量，模板工程量也将减少，同时后期养护工程量也将减少。另一方面，由于采用钢腹板替代传统混凝土腹板，避免了腹板开裂问题、减少了后期维修、加固的风险，从而大大提高结构的耐久性，更体现了这种结构在长期使用方面的优越性。
然而，波形钢腹板材料的下料尺寸不准确，必然影响波形钢腹板制作件尺寸。尺寸不合适的波形钢腹板制作件也会影响其在施工中的正常安装，尺寸误差较大甚至无法安装；也会影响运营状态下其本身的自有变形，进而偏离正常的设计状态，影响桥梁结构整体的受力和安全。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，在进行波形钢腹板材料的下料尺寸计算时，通过考虑桥梁结构预拱度，充分保障运营状态主梁结构线形，根据单位波长波形钢腹板展开后长度增量，得到波形钢腹板展开后各交点的坐标，推导出波形钢腹板展开后各控制点的坐标，能快速完成波形钢腹板下料尺寸计算，确定波形钢腹板节段展开后的下料尺寸，计算结果精确度高，通过适当的安装，波形钢腹板能够按照设计状态沿桥纵向如风琴一样自由变形，受力状态正常，发挥其应有的结构特性，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、变截面波形钢腹板箱梁关键断面划分：对变截面波形钢腹板箱梁进行关键断面划分，所述变截面波形钢腹板箱梁的主梁腹板为混凝土腹板和波形钢腹板混合式腹板，对变截面波形钢腹板箱梁的主梁腹板为波形钢腹板的部分进行节段式划分，波形钢腹板节段的两端均为变截面波形钢腹板箱梁关键断面；
对变截面波形钢腹板箱梁关键断面进行编号，连续的波形钢腹板节段中相连的两个波形钢腹板节段连接位置处共用一个变截面波形钢腹板箱梁关键断面；
步骤二、获取变截面波形钢腹板箱梁各关键断面处的预拱度，过程如下：
步骤201、根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，建立变截面波形钢腹板箱的有限元仿真模型，获取施工阶段累积位移和移动荷载的挠度；
步骤202、根据公式fi＝-f1i-0.5f2i+f3i，计算变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的预拱度fi，其中，i为变截面波形钢腹板箱梁关键断面的编号且i取正整数，f1i为有限元仿真模型获取的变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的施工阶段累积位移，f2i为有限元仿真模型获取的变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的移动荷载作用下的最大位移，f3i为变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的预拱度修正经验值；
步骤三、获取变截面波形钢腹板箱梁各关键断面波形钢腹板处桥面理论高程：根据公式
步骤四、获取各波形钢腹板节段各交点的坐标，过程如下：
步骤401、建立变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段对应的二维平面坐标系，所述二维平面坐标系以变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和对应波形钢腹板节段的上部交点为原点o，竖直向下为y轴正方向，原点o向第i+1个关键断面方向为x轴正方向；
步骤402、根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，确定变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段长度
所述变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段长度
当第i个关键断面和第i+1个关键断面为共用型关键断面时，
步骤403、根据第i个关键断面、第i+1个关键断面、以及波形钢腹板节段上下缘交点确定4个初始交点坐标，所述4个初始交点从原点开始，按照逆时针方向命名为j1、j2、j3、j4，其中，初始交点j1的坐标为(0,0)，初始交点j2的坐标为(0,h2i)，初始交点j3的坐标为
步骤五、确定各波形钢腹板节段下料尺寸，过程如下：
步骤501、将变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段展开，波形钢腹板节段展开为平面，原点保持不变，其竖向高度不发生变化，即波形钢腹板节段中各交点的y轴坐标不变，根据公式
步骤502、确定4个初始交点坐标对应的4个展后交点坐标，所述4个展后交点从原点开始，按照逆时针方向命名为j1'、j2'、j3'、j4'，其中，展后交点j1'的坐标为(0,0)，展后交点j2'的坐标为(0,h2i)，展后交点j3'的坐标为
步骤503、确定4个展后交点坐标对应的4个控制点坐标，所述4个控制点按照逆时针方向命名为k1、k2、k3、k4，其中，控制点k1对应展后交点j1'，控制点k2对应展后交点j2'，控制点k3对应展后交点j3'，控制点k4对应展后交点j4'，控制点k1和控制点k2的连线位于第i个关键断面远离第i+1个关键断面的一侧且平行于y轴，并与y轴相距
控制点k1的坐标为
步骤504、根据公式
4个控制点k1、k2、k3、k4中任意两个控制点的纵坐标差值的绝对值最大值为变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段的下料宽度。
上述的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于：所述波形钢腹板为直腹板，所述波形钢腹板与变截面波形钢腹板箱梁混凝土底板相互垂直。
上述的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于：所述波形钢腹板为1000型波形钢腹板、1200型波形钢腹板或1600型波形钢腹板。
上述的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于：步骤501中，
上述的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于：步骤201中，根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，采用midascivil桥梁工程仿真软件、桥梁博士仿真软件、ansys仿真软件或abaqus仿真软件建立变截面波形钢腹板箱的有限元仿真模型。
上述的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，其特征在于：所述波形钢腹板节段重叠连接处通过高强度螺栓连接、对接焊缝连接或角焊缝搭接连接。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据变截面波形钢腹板箱梁结构对变截面波形钢腹板箱梁关键断面划分，获取节段式波形钢腹板，波形钢腹板节段的两端均为变截面波形钢腹板箱梁关键断面，通过考虑变截面波形钢腹板箱梁各关键断面处的预拱度，考虑施工阶段累计位移、活载挠度、一定经验值修正，充分保障运营状态主梁结构线形，便于推广使用。
2、本发明根据初始交点坐标计算波形钢腹板节段展开后的展后交点坐标，再通过展后交点坐标推算出波形钢腹板展开后各控制点的坐标，能快速完成波形钢腹板下料尺寸计算，确定波形钢腹板节段展开后的下料尺寸，计算结果精确度高，通过适当的安装，波形钢腹板能够按照设计状态沿桥纵向如风琴一样自由变形，受力状态正常，发挥其应有的结构特性。
3、本发明方法步骤简单，设计合理且应用方便，根据桥梁设计图纸，以有限元分析软件结果为基础，能够快速计算波形钢腹板制作节段的下料尺寸，省工省力，能有效解决现有波形钢腹板下料尺寸计算不恰当、计算精度低等问题，为波形钢腹板箱梁式桥梁的推广提供便利，便于推广使用。
综上所述，本发明在进行波形钢腹板材料的下料尺寸计算时，通过考虑桥梁结构预拱度，充分保障运营状态主梁结构线形，根据单位波长波形钢腹板展开后长度增量，得到波形钢腹板展开后各交点的坐标，推导出波形钢腹板展开后各控制点的坐标，能快速完成波形钢腹板下料尺寸计算，确定波形钢腹板节段展开后的下料尺寸，计算结果精确度高，通过适当的安装，波形钢腹板能够按照设计状态沿桥纵向如风琴一样自由变形，受力状态正常，发挥其应有的结构特性，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为本发明波形钢腹板中单位波长波形钢腹板的结构示意图。
图3为本发明变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段的结构示意图。
图4为图3的展开结构示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的一种变截面波形钢腹板箱梁腹板下料尺寸控制方法，包括以下步骤：
步骤一、变截面波形钢腹板箱梁关键断面划分：对变截面波形钢腹板箱梁进行关键断面划分，所述变截面波形钢腹板箱梁的主梁腹板为混凝土腹板和波形钢腹板混合式腹板，对变截面波形钢腹板箱梁的主梁腹板为波形钢腹板的部分进行节段式划分，波形钢腹板节段的两端均为变截面波形钢腹板箱梁关键断面；
对变截面波形钢腹板箱梁关键断面进行编号，连续的波形钢腹板节段中相连的两个波形钢腹板节段连接位置处共用一个变截面波形钢腹板箱梁关键断面；
步骤二、获取变截面波形钢腹板箱梁各关键断面处的预拱度，过程如下：
步骤201、根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，建立变截面波形钢腹板箱的有限元仿真模型，获取施工阶段累积位移和移动荷载的挠度；
步骤202、根据公式fi＝-f1i-0.5f2i+f3i，计算变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的预拱度fi，其中，i为变截面波形钢腹板箱梁关键断面的编号且i取正整数，f1i为有限元仿真模型获取的变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的施工阶段累积位移，f2i为有限元仿真模型获取的变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的移动荷载作用下的最大位移，f3i为变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面处的预拱度修正经验值；
步骤三、获取变截面波形钢腹板箱梁各关键断面波形钢腹板处桥面理论高程：根据公式
步骤四、获取各波形钢腹板节段各交点的坐标，过程如下：
步骤401、建立变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段对应的二维平面坐标系，所述二维平面坐标系以变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和对应波形钢腹板节段的上部交点为原点o，竖直向下为y轴正方向，原点o向第i+1个关键断面方向为x轴正方向；
步骤402、根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，确定变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段长度
所述变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段长度
当第i个关键断面和第i+1个关键断面为共用型关键断面时，
步骤403、根据第i个关键断面、第i+1个关键断面、以及波形钢腹板节段上下缘交点确定4个初始交点坐标，所述4个初始交点从原点开始，按照逆时针方向命名为j1、j2、j3、j4，其中，初始交点j1的坐标为(0,0)，初始交点j2的坐标为(0,h2i)，初始交点j3的坐标为
步骤五、确定各波形钢腹板节段下料尺寸，过程如下：
步骤501、将变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段展开，波形钢腹板节段展开为平面，原点保持不变，其竖向高度不发生变化，即波形钢腹板节段中各交点的y轴坐标不变，根据公式
步骤502、确定4个初始交点坐标对应的4个展后交点坐标，所述4个展后交点从原点开始，按照逆时针方向命名为j1'、j2'、j3'、j4'，其中，展后交点j1'的坐标为(0,0)，展后交点j2'的坐标为(0,h2i)，展后交点j3'的坐标为
步骤503、确定4个展后交点坐标对应的4个控制点坐标，所述4个控制点按照逆时针方向命名为k1、k2、k3、k4，其中，控制点k1对应展后交点j1'，控制点k2对应展后交点j2'，控制点k3对应展后交点j3'，控制点k4对应展后交点j4'，控制点k1和控制点k2的连线位于第i个关键断面远离第i+1个关键断面的一侧且平行于y轴，并与y轴相距
控制点k1的坐标为
步骤504、根据公式
4个控制点k1、k2、k3、k4中任意两个控制点的纵坐标差值的绝对值最大值为变截面波形钢腹板箱梁第i个关键断面和第i+1个关键断面之间的波形钢腹板节段的下料宽度。
需要说明的是，根据变截面波形钢腹板箱梁结构对变截面波形钢腹板箱梁关键断面划分，获取节段式波形钢腹板，波形钢腹板节段的两端均为变截面波形钢腹板箱梁关键断面，通过考虑变截面波形钢腹板箱梁各关键断面处的预拱度，考虑施工阶段累计位移、活载挠度、一定经验值修正，充分保障运营状态主梁结构线形；根据初始交点坐标计算波形钢腹板节段展开后的展后交点坐标，再通过展后交点坐标推算出波形钢腹板展开后各控制点的坐标，能快速完成波形钢腹板下料尺寸计算，确定波形钢腹板节段展开后的下料尺寸，计算结果精确度高，通过适当的安装，波形钢腹板能够按照设计状态沿桥纵向如风琴一样自由变形，受力状态正常，发挥其应有的结构特性，方法步骤简单，设计合理且应用方便，根据桥梁设计图纸，以有限元分析软件结果为基础，能够快速计算波形钢腹板制作节段的下料尺寸，省工省力，能有效解决现有波形钢腹板下料尺寸计算不恰当、计算精度低等问题，为波形钢腹板箱梁式桥梁的推广提供便利。
实际使用时，波形钢腹板节段上的控制点个数根据波形钢腹板节段几何形状确定，波形钢腹板节段的几何形状边数即为控制点个数，若波形钢腹板下缘为折线则需增加控制点个数。
本实施例中，所述波形钢腹板为直腹板，所述波形钢腹板与变截面波形钢腹板箱梁混凝土底板相互垂直。
本实施例中，所述波形钢腹板为1000型波形钢腹板、1200型波形钢腹板或1600型波形钢腹板。
本实施例中，步骤501中，
本实施例中，步骤201中，根据变截面波形钢腹板箱梁设计图纸，采用midascivil桥梁工程仿真软件、桥梁博士仿真软件、ansys仿真软件或abaqus仿真软件建立变截面波形钢腹板箱的有限元仿真模型。
本实施例中，所述波形钢腹板节段重叠连接处通过高强度螺栓连接、对接焊缝连接或角焊缝搭接连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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