大跨徑懸索橋主纜精細化計算研究.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，必然要求對懸索橋進行更加精確的計算。結合懸索橋結構的特點，開發(fā)新單元，建立更加符合實際情況的計算模型，從而達到精細化計算的目的。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

2、位置的計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的空間纜索線形計算程序，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，能準確計算主纜及錨跨索股的無應力長度、主纜或索股與鞍座的切點坐標及錨跨索股的張力，可用于空間纜索系統(tǒng)的成橋及空纜狀態(tài)的線形計算。
　　然后，在分析索與鞍座的約束關系的基礎上，提出并建立了可用于懸索橋有限元計算的兩種新單元: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

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算。新單元自動滿足索與鞍座是相切的。首先，以兩節(jié)點間索的無應力長度保持不變?yōu)闂l件，對單元進行狀態(tài)求解，確定切點位置，然后，根據(jù)空間懸鏈線理論及索與鞍座的幾何關系，推導出精確的單元節(jié)點力，同時，以增量代替微分，根據(jù)剛度矩陣的定義，推導出單元的切線剛度矩陣，計算表明，新單元具有很高的計算精度。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題，使得計算模

4、型更加符合實際情況。
　　最后，建立了以桿端內(nèi)力全量計算方法為基礎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，很適合開發(fā)的兩種新單元;闡述了各類單元根據(jù)節(jié)點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)動時的旋轉(zhuǎn)變換關系、空間梁單元梁端總轉(zhuǎn)角的確定方法及幾何非線性中帶剛臂單元、節(jié)點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施加的算