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龍圖騰網恭喜長沙市規(guī)劃設計院有限責任公司;中鐵建工集團有限公司申請的專利一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法獲國家發(fā)明授權專利權，本發(fā)明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN115495811B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-06-10發(fā)布的發(fā)明授權授權公告中獲悉：該發(fā)明授權的專利申請?zhí)?專利號為：202210525493.5，技術領域涉及：G06F30/13；該發(fā)明授權一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法是由常柱剛;羅曉光;成丕富;黃天立;王正軍;丁磊設計研發(fā)完成，并于2022-05-16向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明涉及一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法。本發(fā)明方法首先建立了一種針對獨柱墩帽梁的空間拉壓桿模型的基本構型；然后將該基本構型采用獨柱墩帽梁中6個結構尺寸進行參數化表達。基于最小能量法則，建立起獨柱墩帽梁的參數化表達的最優(yōu)空間拉壓桿模型并計算空間拉壓桿模型的各空間桿件內力；利用各空間桿件內力的計算結果來替代現行規(guī)范方法中平面設計方法來對帽梁結構進行配筋設計。本發(fā)明基于最優(yōu)空間拉壓桿模型進行結構設計，由于考慮了結構受力的空間效應，其原理科學合理，對于結構安全合理設計具有重大意義；不僅如此，本發(fā)明還大大提高了獨柱墩帽梁結構的設計效率并填充了現有規(guī)范中的空白。

本發(fā)明授權一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法在權利要求書中公布了：1.一種基于空間拉壓桿模型的獨柱墩帽梁結構設計方法，其特征在于：基于獨柱墩帽梁的結構尺寸參數建立結構的空間拉壓桿模型，以最小能量準則計算并建立最優(yōu)空間拉壓桿模型的構型，以此計算模型中拉桿及壓桿內力從而進行配筋設計，實現獨柱墩帽梁的空間化設計；其具體包括下述步驟：步驟一：建立獨柱墩帽梁的空間拉壓桿模型的基本構型；所述基本構型包括：帽梁1、墩柱節(jié)段2、雙支座鋼板3、支座反力4、拉桿5、壓桿6；所述帽梁1的結構尺寸分別為橫橋向寬度b、順橋向厚度t、高度h；所述墩柱節(jié)段2的結構尺寸為墩柱直徑d，墩柱節(jié)段高度d；所述雙支座鋼板3為矩形板，寬度為a，雙支座鋼板于順橋向上均位于帽梁1的中軸線上，橫橋向上雙支座鋼板的中心間距為s；所述支座反力4為Pd；所述拉桿5包括節(jié)點A、D連接構成的拉桿，由節(jié)點A’、D’連接構成的拉桿，由節(jié)點G、G’連接構成的拉桿，由節(jié)點H、H’連接構成的拉桿；所述壓桿6包括由節(jié)點A、G構成的壓桿，由節(jié)點G、B構成的壓桿，由節(jié)點B、C構成的壓桿，由節(jié)點D、H構成的壓桿，由節(jié)點H、E構成的壓桿，由節(jié)點E、F構成的壓桿，由節(jié)點G、H構成的壓桿，由節(jié)點B、E構成的壓桿，節(jié)點A’、G’構成的壓桿，由節(jié)點G’、B’構成的壓桿，由節(jié)點B’、C’構成的壓桿，由節(jié)點D’、H’構成的壓桿，由節(jié)點H’、E’構成的壓桿，由節(jié)點E’、F’構成的壓桿，由節(jié)點G’、H’構成的壓桿，由節(jié)點B’、E’構成的壓桿，由節(jié)點A、A’構成的壓桿，由節(jié)點D、D’構成的壓桿，由節(jié)點B、B’構成的壓桿，由節(jié)點E、E’構成的壓桿；節(jié)點A、B、C、D、E、F、G、H與A’、B’、C’、D’、E’、F’、G’、H’在帽梁1順橋向上的中軸線上是對稱的；其中，連接拉桿5以及壓桿6的各節(jié)點位置具有以下特征：1A、D、A’、D’的豎向位置位于帽梁1頂部的同一平面上，其平面位置對應支座反力4的作用位置；2C、F、C’、F’的豎向位置位于墩柱節(jié)段2底部的同一平面上，其平面位置對應墩柱節(jié)段14半徑的位置；3G、H、G’、H’的豎向位置位于距離帽梁1頂部為x的平面上，其平面位置在橫橋向視角位于夾角為θ的位置，在順橋向視角位于夾角為α的位置；4B、E、B’、E’分別為壓桿G-B、B-C的交點，壓桿H-E、E-F的交點，壓桿G’-B’、B’-C’的交點，壓桿H’-E’、E’-F’的交點；B、E、B’、E’的平面位置對應C、F、C’、F’節(jié)點，其豎向位置與順橋向上中部水平拉桿距離帽梁1頂部的距離x有關，是關于x的求解函數；步驟二：建立由模型壓桿決定的應變能公式： 式中：Vε為應變能，Kl為壓桿剛度，El為桿件材料的彈性模量，l為桿件長度，Al為桿件的截面積，Fl為桿件軸力，li、Ali以及Fli則分別為第i根桿件的長度、面積和桿件軸力；其中，計算壓桿面積時需要定義壓桿寬度、厚度，其定義遵循以下原則：1由于力流自支座鋼板3下方發(fā)出，故A-B壓桿、A-A’壓桿的頂面寬度分別為支座整寬度a以及支座半寬度a2；2自水平壓桿B-E或B-B’往下，力流的方向為垂直，布滿整個橋墩截面，故B-C壓桿的頂面寬度，亦即G-B壓桿的底面寬度為d2，d為墩柱節(jié)段2的直徑；3A-G壓桿底面及G-B壓桿頂面寬度在順橋向寬度上布滿整個截面，為t2；4對于墩柱節(jié)段2，由于其截面為圓形，故其B-C壓桿的面積Abc可用下式表達： 步驟三：以壓桿A-G在橫橋向上的傾角θ，以及在順橋向上的傾角α為參數，計算空間拉壓桿模型中各壓桿的內力、長度以及壓桿面積；其中：1壓桿A-G在單位集中荷載作用下的壓桿內力，其計算方法為：壓桿A-G的壓桿長度，其計算方法為：壓桿A-G的壓桿面積，其計算方法為：其中θ、α分別為壓桿A-G在橫橋向上及順橋向上的傾角，t為帽梁1的順橋向厚度，a為支座鋼板3的寬度，d為墩柱節(jié)段2的直徑；2壓桿G-B在單位集中荷載作用下的壓桿內力，其計算方法為：壓桿G-B的壓桿長度，其計算方法為：壓桿G-B的壓桿面積，其計算方法為：其中θ、α分別為壓桿A-G在橫橋向上及順橋向上的傾角，t為帽梁1的順橋向厚度，a為支座鋼板3的寬度，d為墩柱節(jié)段2的直徑；3壓桿B-C在單位集中荷載作用下的壓桿內力為1；壓桿B-C的壓桿長度，其計算方法為：壓桿B-C的壓桿面積，其計算方法為：其中θ、α分別為壓桿A-G在橫橋向上及順橋向上的傾角，t為帽梁1的順橋向厚度，h為帽梁1的高度，a為支座鋼板3的寬度，d為墩柱節(jié)段2的直徑；4壓桿B-B’在單位集中荷載作用下的壓桿內力，其計算方法為：cotα；壓桿B-B’的壓桿長度，其計算方法為：壓桿B-B’的壓桿面積，其計算方法為：其中θ、α分別為壓桿A-G在橫橋向上及順橋向上的傾角，d為墩柱節(jié)段2的直徑；步驟四：按公式1計算空間拉壓桿模型的應變能Vε，表達如下式： 將應變能Vε表達為單一未知量——順橋向上中部水平拉桿距離帽梁頂部的距離x的函數，得到以下表達式： 其中：θ、α分別為壓桿A-G在橫橋向上及順橋向上的傾角，t為帽梁1的順橋向厚度，h為帽梁1的高度，a為支座鋼板3的寬度，s為雙支座鋼板3的中心間距，d為墩柱節(jié)段2的直徑，x為順橋向上中部水平拉桿距離帽梁頂部的距離；步驟五：依據拉壓桿模型最優(yōu)簡化構形的最小能量準則，最優(yōu)簡化構形的應變能應取最小值，即應變能Vε對x的導數為0，表達如下： 由于應變能Vε為單一變量x的函數，因此據式7解出未知量x，為獨柱墩帽梁中6個結構尺寸的函數，其表達式簡化表達如下：x＝fa,b,d,h,s,t8步驟六：根據x計算各桿件內力： 式中：Fd為每個支座上的支座反力；Ny為斜壓桿A-G的桿件內力；拉桿A-D、以及拉桿G-G’的拉桿內力分別為Tth，d、Tts，d；所述柱墩帽梁中6個結構尺寸為：帽梁橫橋向寬度b、帽梁順橋向厚度t、帽梁高度h、墩柱節(jié)段直徑d、帽梁橫橋向支座中心間距s以及支座鋼板寬度a；步驟七：根據拉桿A-D、以及拉桿G-G’的拉桿內力Tth，d、Tts，d進行配筋計算：As1＝γ0Tth,dfsd12As2＝γ0Tts,dfsd13式中：γ0為結構重要系數，按現行規(guī)范取值；As1為帽梁頂部橫向受拉配筋面積；As2為支座下劈裂配筋面積；所述設計方法適用于寬厚比為1～1.5的獨柱墩墩帽的結構設計。

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