[发明专利]一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法

权利要求书

1. 一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）根据异形钢管混凝土系杆拱桥结构，采用通用有限元程序建立全桥结构的整体有限元模型、倒三角形刚架精细子模型，并在全桥结构的整体有限元模型中定义倒三角形刚架精细子模型的切割边界节点； 

2）对步骤1）中建立的全桥结构的整体有限元模型分别进行恒载和交通荷载作用下的全桥结构响应分析，然后根据该响应分析的结果确定整体性受力构件的易损性，继而确定结构受力整体分析层次上的传感器布设项目和传感器布设位置； 

3）调用步骤2）中全桥结构整体响应分析的结果，采用插值法计算步骤1）中定义的精细子模型切割边界节点的自由度数值，再用单元形函数将这些自由度数值插值到精细子模型切割边界节点上；

4）对步骤3）中已在切割边界节点上插值自由度数值的精细子模型分别进行恒载和交通荷载作用下的子模型结构响应分析；然后根据该响应分析的结果确定倒三角形刚架上的精细子模型受力构件的易损性，继而确定精细子模型上的传感器布设项目和传感器布设位置。

2. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤1）中所述的通用有限元程序采用ANSYS软件，所述的建立全桥结构的整体有限元模型，是采用空间梁单元Beam44模拟加劲梁、拱肋、拱肋间的支撑杆、拱座的拱肋；系杆、吊杆采用只受拉的空间杆单元Link10进行建模，拱肋按吊杆吊点位置进行离散，加劲梁按照吊杆吊点离散；桥面铺装等二期恒载通过折算密度计入全桥结构的整体有限元模型中，只计质量不计刚度；边界条件为：拱肋与拱座、拱肋与系杆、拱座的底部采用完全固接，加劲梁与拱座在横桥向的位移和顺桥向的转动采用主从约束。

3. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤1）中所述的倒三角形刚架精细子模型，是采用ANSYS软件中的SOLID95单元和SOLID92单元对混凝土部份混合建模，使用ANSYS软件中的SHELL93单元对拱座外包钢板建模。

4.根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，所述步骤1）中的在全桥结构的整体有限元模型中定义倒三角形刚架精细子模型的切割边界节点，是把全桥结构的整体有限元模型与倒三角形刚架精细子模型的坐标统一。

5. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤2）中所述的全桥结构响应分析，是根据桥梁的设计标准以及“公路桥涵设计通用规范JTG D60—2004”，对整体有限元模型先后进行结构静力分析和敏感性分析；所述的敏感性分析包括位移敏度分析和应力敏度分析。

6. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤2）中所述确定结构受力整体分析层次上的传感器布设项目和传感器布设位置，是根据全桥结构的整体有限元模型的静力分析结果中的位移最大值及灵敏度最大值位置为传感器布置位置。

7. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤3）中所述用单元形函数将这些自由度数值插值到精细子模型切割边界节点上，是先获取整体模型中切割边界节点上的应力与位移值，再用单元形状函数对整体结构模型边界结点位移和应力进行插值，将所得到的位移与应力值作为精细子模型单元边界结点位移与荷载初始值。

8. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤4）所述的子模型结构响应分析，是根据桥梁的设计标准以及”公路桥涵设计通用规范JTG D60—2004”，对精细子模型先后进行结构静力分析和敏感性分析；所述的敏感性分析包括位移敏度分析和应力敏度分析。

9. 根据权利要求1所述的一种针对异形钢管混凝土系杆拱桥结构的传感器布设方法，其特征在于，步骤4）中所述确定精细子模型上的传感器布设项目和传感器布设位置，是根据精细子模型的静力分析结果中的位移最大值及灵敏度最大值位置为传感器布置位置。