大跨徑懸索橋主纜精細(xì)化計(jì)算研究.pdf

1、隨著懸索橋跨徑的不斷增大，主纜的安全系數(shù)已從最初的4.0降到目前的2.0左右，安全系數(shù)的降低，必然要求對(duì)懸索橋進(jìn)行更加精確的計(jì)算。結(jié)合懸索橋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新單元，建立更加符合實(shí)際情況的計(jì)算模型，從而達(dá)到精細(xì)化計(jì)算的目的。本文基于空間分段懸鏈線理論和幾何非線性有限元理論，開(kāi)展了懸索橋的幾何非線性、索與鞍座的接觸非線性、空間主纜線形等方面的研究。
　　首先，將平面纜索的分段懸鏈線理論拓展到空間纜索體系，建立了空間主纜與空間鞍座的切點(diǎn)

2、位置的計(jì)算方法及空間主纜線形的迭代算法，采用數(shù)值解析法編制了相應(yīng)的空間纜索線形計(jì)算程序，可全面考慮空間鞍座、散索鞍及錨跨分散索股等因素的影響，能準(zhǔn)確計(jì)算主纜及錨跨索股的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、主纜或索股與鞍座的切點(diǎn)坐標(biāo)及錨跨索股的張力，可用于空間纜索系統(tǒng)的成橋及空纜狀態(tài)的線形計(jì)算。
　　然后，在分析索與鞍座的約束關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出并建立了可用于懸索橋有限元計(jì)算的兩種新單元:鞍座單元和錨碇—錨跨單元，其中鞍座單元用于主纜和塔頂鞍座的接觸非線性計(jì)

3、算，錨碇—錨跨單元用于錨跨分散索股及邊跨主纜與散索鞍的接觸非線性計(jì)算。新單元自動(dòng)滿足索與鞍座是相切的。首先，以兩節(jié)點(diǎn)間索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度保持不變?yōu)闂l件，對(duì)單元進(jìn)行狀態(tài)求解，確定切點(diǎn)位置，然后，根據(jù)空間懸鏈線理論及索與鞍座的幾何關(guān)系，推導(dǎo)出精確的單元節(jié)點(diǎn)力，同時(shí)，以增量代替微分，根據(jù)剛度矩陣的定義，推導(dǎo)出單元的切線剛度矩陣，計(jì)算表明，新單元具有很高的計(jì)算精度。這兩種新單元的引入，很好地解決了懸索橋的索與鞍座接觸非線性模擬困難的問(wèn)題，使得計(jì)算模

4、型更加符合實(shí)際情況。
　　最后，建立了以桿端內(nèi)力全量計(jì)算方法為基礎(chǔ)的增量迭代法作為非線性有限元基本方程的求解方法，這種全量方法計(jì)算桿端抗力的精度不依賴切線剛度的精度且不存在誤差累積的缺點(diǎn)，很適合開(kāi)發(fā)的兩種新單元;闡述了各類單元根據(jù)節(jié)點(diǎn)總位移求桿端抗力和切線剛度矩陣的方法;介紹了矢量發(fā)生空間大轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系、空間梁?jiǎn)卧憾丝傓D(zhuǎn)角的確定方法及幾何非線性中帶剛臂單元、節(jié)點(diǎn)自由度放松及主從約束的處理方法;采用不平衡力向量分級(jí)施加的算