精确索单元法在找形及无应力索长计算中的应用-廖圆圆

《精确索单元法在找形及无应力索长计算中的应用-廖圆圆》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第３１卷第６期中外公路２０１１年１２月３３文章编号：１６７１－２５７９（２０１１）０６－００３３－０４精确索单元法在找形及无应力索长计算中的应用廖圆圆１，李周２，王荣辉２，３，黄小峰２（１．矮寨大桥建设指挥部，湖南吉首４１６０００；２．华南理工大学土木与交通学院；３．亚热带建筑科学国家重点实验室）摘要：悬索的找形问题实际上是在确定索段端点边界条件的前提下，通过水平力、主缆垂度和吊点力的平衡关系确定主缆各个控制点坐标的问题。该文从索单元静力平衡关系出发，在分析其解析解的过程中，根据索单元的竖向分布荷载按照沿弦长和弧长分布分为

2、两类，其对应的索单元的形状曲线为抛物线和悬链线，并以抛物线结果作为初始值对非线性解进行迭代，索单元最终收敛为悬链线。并在得到悬索精确坐标的基础上，提出了无应力索长的计算方法和流程。通过比较该方法和有限元软件计算的找形和无应力索长结果，并与矮寨特大悬索桥实测值进行对比，相比于非线性有限元法，该计算理论所需划分单元密度小，收敛速度快且能保证计算精度。关键词：找形；无应力索长；精确坐标；迭代；悬索索的找形问题即为确定索的初始平衡状态的问全长１０００．５ｍ；主桥横桥向设２％横坡，桥面行车系题，找形问题是悬索桥静力分析中的核心问题。

3、悬索净宽２４ｍ，钢桁加劲梁全宽２７ｍ；采用２根主索，主桥静力分析方法根据年代的不同，在中国基本上可以索矢跨比Ｆ／Ｌ＝１／９．６，主索中心距为２７ｍ，采用平面分为３类：弹性理论法、挠度法、非线性有限元法；在国索布置；全桥采用６８对吊索，吊索标准间距为１４．５外又出现了力密度法和动力松弛法等。目前在中国应ｍ；另外在吉首岸离第１对吊索２９ｍ处设１对吊索直用最多的是非线性有限元法。这些方法中索段多为近接锚固在岩石上；在茶洞岸离第１对吊索２９ｍ处布置似形状，比如弹性理论法中假设水平分布的荷载使主２对吊索直接锚固在岩石上，吊索间距２９

4、ｍ；主跨梁缆的几何形状成二次抛物线，挠度法假设主缆为抛物高（主桁中心线处）７．５ｍ；主梁桥台处设竖向支座及线形，非线性有限元法假设在单元密度足够的情况下横向抗风支座；跨中设弹性斜拉扣。吉首岸索塔采用主缆索单元为直杆单元，而实际索是有垂度的。双柱式门式框架结构，由扩大基础、塔座、塔柱（上塔该文主要介绍在非线性有限元法的基础上将索单柱、中塔柱、下塔柱）和横梁（上横梁、中横梁）组成。索元在以抛物线形为初始值的前提下迭代为准确的悬链塔自基础顶承台以上高１３４．０１６ｍ（包括防护罩高度４线形，从而精确确定索单元端点坐标，即可以找出在

5、恒ｍ），塔柱横桥向由上向下向外倾斜，塔柱设上、中两道载作用下的精确线形。该方法从索单元的平衡微分方横梁。茶洞岸索塔采用双柱式门式框架结构，由扩大程出发，建立描述索单元端节点竖坐标与索段荷载的基础、塔座、塔柱（上塔柱、下塔柱）和横梁组成。索塔关系的方程组，求解方程组即可得索单元端节点精确自基础顶承台以上高６１．９２４ｍ（包括防护罩高度３．６坐标，最后索单元集成整体索段可求得索在恒载作用ｍ），塔柱横桥向由上向下竖直，塔柱设上横梁，塔柱底下的形状。由于该法相对于非线性有限元法，只需在设塔座并坐落在分离式扩大基础上。主梁采用钢桁加

6、吊点处划分单元，所以可以减少单元密度从而提高运劲梁，全长１０００．５ｍ，钢桁加劲梁由主桁架、上下平算速度而不影响结果的精确度。联、横向桁架组成。桥面系采用纵向工字梁与混凝土桥面板的钢－混组合结构形式。主缆采用１／９．６的垂１工程实例概况跨比，主跨主缆计算跨径１１７６ｍ，吉首岸边跨主缆计算跨径２４２ｍ，茶洞岸边跨主缆计算跨径１１６ｍ。桥以矮寨特大悬索桥作为工程实例进行分析。矮寨型总体布置如图１所示。悬索桥主缆的孔跨布置为：２４２＋１１７６＋１１６ｍ，主梁收稿日期：２０１１－１２－０６３４中外公路第３１卷117600Ｈｑ０（ｘ

7、－ｘ１）290033×145033×145029005150ｚ＝［ｃｈα－ｃｈ（－α）］＋ｚ１（６）ｑｌ0.8%若以全索左端点为原点，式（６）变为：Ｈ２βｘｚ＝［ｃｈα－ｃｈ（－α）］（６ａ）ｑｌ吉首茶洞ｈ／ｌｑ０ｌ图１桥型总体布置图（单位：ｃｍ）式中：α＝ａｒｃｓｈ（β）＋β，β＝（６ｂ）ｓｈβ２Ｈ由式（６ａ）可得索跨中垂度与水平张力的关系为：Ｈｈ２找形问题的理论阐述ｆ＝［ｃｈα－ｃｈ（β－α）］－（６ｃ）ｑ２由悬索桥设计成桥状态倒拆分析可得到其空缆状如图２为一索单元平衡关系图，对于平面问题，ｑｘ态时的垂度，通过对超越方

8、程迭代求解即可求出空缆和ｑｚ分别为索单元上沿ｘ方向分布的横向和竖向的状态时的水平张力Ｈ。以下计算假定Ｈ为已知。分布荷载，Ｔ、ｄＴ为索单元的轴向拉力，Ｈ、ｄＨ；Ｑ、ｄＱ如图３所示为任意索单元的受力图，其中Ｆｘｉ、Ｆｚｉ分别为其沿ｘ方向和ｚ方向的分量。分别为索单元水平方向和竖直方向的节点力；ｚｉ为其x节点竖