(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111399195.8 (22)申请日 2021.11.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113821865 A (43)申请公布日 2021.12.21 (73)专利权人 佛山市交通科技有限公司 地址 528315 广东省佛山市顺德区乐从镇 乐从社区居民委员会佛山新城天虹路 46号信保广场1号楼807 单元 (72)发明人 李浩　李珏池　曾国东　周敏　 方杨　李向航　李超　徐艺珅　 成浩　丁思尹　袁妙　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 代理人 胡枫　曹万菊 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 103678749 A,2014.0 3.26 CN 1087973 51 A,2018.1 1.13 US 2019017283 A1,2019.01.17 US 202026275 3 A1,2020.08.20 US 2016326758 A1,2016.1 1.10 CN 204238095 U,2015.04.01 谭忆秋 等.水泥混凝 土路面传力杆系统极 限承载力的扩 展有限元分析. 《农业工程学报》 .2012,第28卷(第24期),62- 69+360. Woo, Lee Seung.Study o n Dowel-Bar Optimum Positi on of Jointed Concrete Pavement Usi ng 3-D FEM Analysis. 《Journal of the Korean Society of Civi l Engineers D》 .2010,第3 0卷(第2期),13 5-141. 黄昌辉.带 竖向接缝装配式剪力墙抗震性能 试验及设计方法研究. 《中国优秀硕士学位 论文 全文数据库 （电子期刊） （工程科技 II辑） 》 .2018, 第2018年卷(第7期),C 038-437. 审查员 李思彤 (54)发明名称 拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法、 设备及介质 (57)摘要 本发明涉及道路工程的应力模拟技术领域， 公开了一种拉杆及传力杆三向应力的有 限元生 成方法、 设备及介质， 所述方法包括： 根据预设的 基准参数， 构建路面结构 的三维有限元模型； 计 算三维有限元模型的接缝刚度； 根据接缝刚度， 计算三维有限元模型的弹簧刚度； 根据弹簧刚 度， 在三维有限元模型中构建板侧面节点之间的 弹簧连接以初步模拟拉杆及传力杆的连接形式； 将板侧面节点之间的弹簧连接转换为连接器连 接以进一步模拟拉杆及传力杆， 并生成拉杆及传 力杆的三向应力。 采用本发明， 可分析出行车道 横缝处纵向传力杆、 路肩横缝处纵向传力杆及行 车道‑路肩水泥板纵缝处横向拉杆的三向应力，便于对水泥路面结构受力的深入分析， 优化拉杆 及传力杆的设计 。 权利要求书2页 说明书10页 附图7页 CN 113821865 B 2022.04.05 CN 113821865 B 1.一种拉杆及 传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特 征在于， 包括： 根据预设的基准 参数， 构建路面结构的三维有限元模型； 计算所述 三维有限元模型的接缝刚度； 根据所述接缝刚度， 计算所述三维有限元模型的弹簧刚度， 所述弹簧刚度包括行车道 横缝处纵向传力杆、 路肩横缝处纵向传力杆、 行车道 ‑路肩水泥板纵缝处横向拉杆的板中、 板角、 板边的弹簧刚度； 根据所述弹簧刚度， 在所述三维有限元模型中构建板侧面节点之间的弹簧连接以初步 模拟拉杆及 传力杆的连接形式， 其中， 所述板侧面节点之间的弹簧采用所述弹簧刚度； 将所述板侧面节点之间的弹簧连接转换为连接器连接以进一步模拟拉杆及传力杆， 并 生成拉杆及传力杆的三向应力， 所述三向应力是指行车方向应力、 深度方向应力及横断面 方向应力。 2.如权利要求1所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所述计 算三维有限元模型的接缝刚度的步骤 包括： 计算混凝 土对传力杆支承的剪切刚度； 计算传力杆自身的剪切弹簧刚度； 根据所述剪切刚度与剪切弹簧刚度， 计算传力杆的组合剪切刚度； 根据所述组合剪切刚度， 计算接缝 单位长度的刚度。 3.如权利要求1或2所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所 述计算三维有限元模型的接缝刚度的步骤 包括： 根据公式DCI=[4β3/(2+β ω)]EdId,计算混凝土对传力杆支承的剪切刚度DCI， 其中， β 为 传力杆‑混凝土的相对刚度， ω 为接缝缝隙宽度， Ed为水泥混凝土板间传力杆弹性模量， Id为 水泥混凝 土板间传力杆截面惯性矩； 根据公式C=EdId/[ω3(1+φ)],  计算传力杆自身的剪切弹簧刚度C， 其中， φ为中间参 数； 根据公式D=1/(1/DCI+1/12C)， 计算传力杆的组合剪切刚度D； 根据公式q=D/s,计算接缝单位长度的接缝刚度q， 其中， s为水泥混凝土板间传力杆间 距。 4.如权利要求3所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 根据公 式Id=πd4/64， 计算水泥混凝土板间传力 杆截面惯性矩Id， 其中， d为水泥混凝土板间传力 杆 直径； 根据公式β =[Kd/(4EdId)]1/4， 计算传力杆 ‑混凝土的相对刚度β， 其中， K为混凝土对传力 杆的支承 模量； 根据公式φ= 12 EdId/(GdAdω2), 计算中间参数φ， 其中， Gd=Ed/[2(1+ μd)] , Ad=0.225 π d2,Gd为水泥混凝土板间传力杆剪切模量， μd为水泥混凝土板间传力杆泊松比， Ad为水泥混 凝土板间传力杆有效截面 面积。 5.如权利要求1所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所述根 据接缝刚度， 计算 三维有限元模型的弹簧刚度的步骤 包括： 分别计算目标杆体的板角弹簧刚度， 所述目标杆体包括行车道横缝处纵向传力杆、 路 肩横缝处纵向传力杆及行 车道‑路肩水泥板纵缝处横向拉杆；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113821865 B 2分别计算目标 杆体的板边弹簧刚度； 分别计算目标 杆体的板中弹簧刚度。 6.如权利要求1或5所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所 述根据接缝刚度， 计算 三维有限元模型的弹簧刚度的步骤 包括： 根据公式k’ 1 =q×L/[4×(nr‑1)(nc‑1)]， 计算目标杆体的板角弹簧刚度k’ 1， 其中， q为接 缝刚度， L为裂缝长度， nr为目标杆体对 应的板侧面节点行数， nc为目标杆体对 应的板侧面节 点列数； 根据公式k’ 2 =2×k’ 1， 计算目标 杆体的板边弹簧刚度k’ 2； 根据公式k’ 3 =4×k’ 1， 计算目标 杆体的板中弹簧刚度k’ 3。 7.如权利要求1所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所述根 据弹簧刚度， 在三维有限元模型中构建板侧面节点之 间的弹簧连接以初步模拟拉杆及传力 杆的连接形式的步骤 包括： 对所述三维有限元模型进行网格划分； 生成网格划分后的第一建模文件； 根据预设的排序规则、 Python编程方式及所述第一建模文件对所述板侧面节点重新编 号以生成第二建模文件； 根据所述第二建模文件， 采用Python编程方式编写弹簧批量生成程序以生成第三建模 文件； 将所述第三建模文件的内容复制至所述第 二建模文件中对应的弹簧连接处， 以生成第 四建模文件； 根据所述第四建模文件， 以使重新编号的所有板侧面节点之间通过弹簧进行连接， 其 中， 所述板侧面节点之间的弹簧采用所述弹簧刚度。 8.如权利要求7所述的拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法， 其特征在于， 所述将 板侧面节点之 间的弹簧连接转换为连接器连接以进一步模拟拉杆及传力杆， 并生成拉杆及 传力杆的三向应力的步骤 包括： 根据所述第四建模文件， 采用Python编程方式编写转换程序以将所述板侧面节点之间 的弹簧连接转换为连接器； 提取对应的连接器进行分析， 以生成行车道横缝处纵向传力杆、 路肩横缝处纵向传力 杆及行车道‑路肩水泥板纵缝处横向拉杆在不同工况 下的三向应力。 9.一种计算机设备， 包括存储器和处理器， 所述存储器存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述处 理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序 被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113821865 B 3