[发明专利]一种钢桥面铺装力学控制指标动态计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢桥面动态设计方法领域，尤其是一种钢桥面铺装力学控制指标动态计算方法。

背景技术

现有技术中，利用ABAQUS有限元软件模拟计算钢桥面铺装极限应力、应变等关键力学指标时，往往是输入沥青混合料某一温度下的模量参数，即静态模量，以此来进行模型的分析求解。由于没有考虑到荷载的变化量和不同温度条件下弹性模量的改变量，因此得到的结果只能用于分析应力和应变的走向趋势，不能用于预估钢桥面铺装关键力学指标的真实值。

而在利用ABAQUS有限元软件进行钢桥面铺装车辙深度分析时，虽然输入了不同温度条件下的弹性模量，但对于环氧沥青混合料而言，其模量值不仅与温度有关，还与荷载频率有关，所以输入的弹性模量仍然与真实的模量存在偏差，在模型求解时会严重影响结果的计算精度。因此，在有限元软件中通过静态模量模拟计算，并不能充分反映钢桥面铺装的实际变化情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钢桥面铺装力学控制指标动态计算方法，取代静态模量在有限元软件中的应用，便于更加真实有效地反映出钢桥面铺装的实际模量变化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢桥面铺装力学控制指标动态计算方法，包括如下步骤：

(1)获取不同温度和不同荷载频率下的沥青混合料动态模量数据；

(2)根据时温等效原理采用遗传基因算法对试验结果分析拟合，得出沥青混合料的动态模量主曲线公式及不同温度间的移位因子计算公式；

(3)在有限元软件ABAQUS中，利用Fortran语言对沥青混合料的动态模量主曲线公式及不同温度间的移位因子计算公式进行二次开发，将沥青混合料的动态模量主曲线公式及不同温度间的移位因子计算公式作为ABAQUS软件的用户子程序；

(4)当用ABAQUS软件求解力学控制指标时，调用动态模量用户子程序，输入温度与荷载频率相关参数，得到相对应的沥青混合料的动态模量，为后续的模型计算提供准确的模量值。

优选的，步骤(1)中的试验温度分别为10℃、20℃和30℃，荷载频率分别为0.01Hz、0.02Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz、5Hz、10Hz和15Hz。

优选的，步骤(2)中的动态模量主曲线公式对应于20℃参考温度下为

其中，lnE₀＝6.788，A＝2.999，β＝3.651，lnωx＝ln(freq)+9.882；

不同温度下沥青混合料动态模量对应于20℃的移位因子计算公式为

其中，α_T为移位因子，T为试验温度。

优选的，步骤(2)中的遗传基因算法包括如下步骤：

(1)定义回归函数形式和参数，回归函数为其中RSS(residual sum of squares)为差值平方和，y_i为试验测出的动态模量，为拟合出的动态模量；

(2)生成N组基因起始序列，N为基因组数且为偶数；在定义过程中，最初的p个参数(t1,t2,t3,…,tp)被挑选作为一组起始基因序列，t1，t2...，tp为不同温度下材料的模量值，并确定每个参数的数值取值范围，而后，通过均匀分布取值方式对每个参数在特定数值范围内选取此参数数值，组成由p个参数数值组成的基因组Λ_i；其中为水平移位因子，Λ_i代表第i组的基因组；最后，由N个基因组形成的基因组序列{Λ₁,Λ₂,…,Λ_N}被确定：

基因1：

基因2：

…

基因N：

(3)利用回归函数∏(Λ_i)对每组基因序列的适合度进行计算，此处回归函数采用最小二乘法函数形式；

(4)按照计算出的适合度对原基因序列进行等级排序形成新序列：

(5)将排序后最靠近的两组序列进行两两配对，利用线性组合函数产生新的后代序列Θ_i：

其中，Θ_i为经过配对后的新后代序列；Φ⁽ⁱ⁾＝Aφ⁽ⁱ⁾，φ⁽ⁱ⁾为[0,1]区间中按均匀分

布方式选取的一个随机数值，