三塔协作桥合理成桥状态的确定在ANSYS中的实现

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1、◎三塔协作桥合理成桥状态的确定在ANSYS中的实现刘丰洲，王露剑(杭州市交通规划设计研究院，浙江杭州310000)摘要：提出并研究三塔协作桥合理成桥状态的确定方法。在ANSYS中进行主缆成桥状态计算模块、边缆成桥状态计算模块、斜拉索索力张拉模块和斜拉索索力优化的二次开发，以实现其工程的应用。通过工程实例，证明以ANSYS为工具，使用该方法可快速确定三塔协作桥的合理成桥状态，且结果合理，满足工程需要。关键词：三塔；协作桥；合理成桥状态；ANSYS0引言或悬臂浇筑的施工方法，悬索桥则采用主梁先铰接后近年来，随着经济的迅猛发展，各

2、城市群要求尽快固接的施工方法，三塔协作体系桥梁必须兼用斜拉桥实现综合交通功能。建造跨越江湖、海峡，或岛屿连接和悬索桥的施工方法。等工程，是实现全国交通规划目标的关键节点。为便于确定三塔协作桥的合理成桥状态，使结构缆索承重桥以其优秀的跨越能力和经济性能，成受力明确合理，本文考虑采用斜拉、悬索两部分各自吊为跨越大范围水域的桥梁首选方案。但是，当斜拉桥装，施jj~-期荷载，再在结合处合龙的施工方法。具体跨径超1400m时，其超长索垂度效应导致的低效率，步骤如下：梁内压力剧增导致的施工稳定性等技术难题，限制它(1)主塔和锚碇施工并安

3、装主缆；的应用口]。悬索桥的锚碇不适合建于软基或深水中，(2)用缆索吊机完成由主塔向两边逐段吊装斜拉适应性低。部分主梁和张拉斜拉索的施工，用缆索吊机完成从中所以，在更大范围的水域，增多一跨的三塔方案开跨向两边吊装悬吊部分主梁的施工；始应用于工程实践。然而，三塔斜拉桥随跨径增大的(3)完成悬索部分和斜拉部分桥面的二期恒载自身缺陷、整体竖向刚度过低等问题[2]以及三塔悬索施工；桥的中塔顶主缆滑移、整体竖向刚度过低等问题[3限(4)斜拉部分和悬索部分合龙。由于两部分合制了其进一步发展和应用。对此，三塔斜拉一悬索协龙前各自独立，只影

4、响结构在使用阶段的内力，对作体系桥梁(简称三塔协作桥)，作为三塔斜拉桥和三成桥内力互不影响，故可将三塔协作桥分为斜拉和塔悬索桥概念延伸的新型桥梁结构，开始受到桥梁设悬索两部分结构单独计算，以确定各自的合理成桥计师的关注和研究。状态。据此，本文提出并研究了三塔协作桥合理成桥状斜拉部分以单悬臂状态为结构的计算模型。可先态的确定方法；对该方法进行APDL二次开发，实现由刚性支承连续梁法确定的斜拉索索力作为初始值，其在ANSYS中的应用；并通过工程实例，分析三塔协把弯曲能量最小作为目标函数，选择恰当的数学计算作桥的成桥状态，证明本方

5、法的合理性。方法，进行索力优化，以确定斜拉部分的一种合理的成桥状态。悬索部分可先由主缆的关键点坐标及受力，1三塔协作桥合理成桥状态确定方法确定主缆的成桥状态，再用主缆的水平分力、边缆关键大跨径桥梁结构的成桥内力状态取决于桥梁的施点坐标及受力，确定边缆的成桥状态。再综合两部分工方法和工序，故必须先明确其施工方法，方可确定三的内力状态，即得到了三塔协作桥最终的合理成桥塔协作桥合理的成桥状态。斜拉桥一般采用悬臂拼装状态。收稿日期：2O13-04-09No．22o13上冯磁35◎2合理成桥状态确定在ANSYS中的实现主缆节点的位移，

6、用ANSYS的UPGEOM命令更新目前，ANSYS有限元软件尚无悬链线索单元，故主缆节点的坐标。对主缆和斜拉索无法直接模拟，且三塔协作桥的高次(6)迭代确定主缆水平分力和主缆线形。重复步超静定和几何非线性等特性，难以确定桥梁的合理成骤(3)、(4)，直至前后两轮计算的主缆水平力差值小于桥状态。故文本基于APDL参数化程序，分别开发主收敛值。此时，即确定了主缆的水平分力和主缆的缆成桥状态计算模块、边缆成桥状态计算模块、斜拉索线形。索力张拉模块，及斜拉索索力优化模块，以确定三塔协上述步骤是主缆水平力和主缆线型的双迭代方作桥的合理

7、成桥状态。斜拉索索力优化模块可参见文法，其具体计算流程见图2。区别于仅仅主缆水平力献[4]，这里不再详述。迭代的方法[5]，此方法收敛更快，一般3到4轮即可收2．1主缆成桥状态计算模块敛。计算完成后的主缆水平力即为主缆的真实水平图1为主缆计算的模型简化图，在成桥状态下，其力，得到的主缆各节点的坐标即为其真实的线形。真实线形为多段悬链线，在有吊索区和无吊索区，均采用分段杆单元模拟主缆线形。考虑成桥状态下塔顶位移为0，主缆两端固结。由于主缆的水平力处处相等，确定主缆初始线形确定主缆的初始水平力HO该模块的数学表述为：已知主缆水平

8、长度、IP点坐标、主梁坐标、主缆索夹在水平方向的位置和主缆受力，求建立模型约束主缆塔顶IP点主缆的真实线形和水平力。确定主缆水平力迭代上限H1和迭代下限H2由H和每段主缆倾角求得索力T图1主缆计算模型简化图由8-1-厄A求得每段主缆初应变计算时，将主缆和悬吊的主梁作为整体建模。在施加恒载作