[发明专利]基于张拉力或强制位移值的主缆敏感性工程化分析方法

说明书

本发明提供了一种基于张拉力或强制位移值的主缆敏感性工程化分析方法，主要步骤包括：建立空缆线形模型；施加边界条件，即在空缆线形模型的边跨锚固处及桥塔部位施加竖向和水平向位移约束；加温降荷载；加自重荷载；回归至空缆线形；施加预定张拉力/施加预定强制位移。采用本发明所提供的分析方法，无需建立悬索桥的整桥模型，简化了建模过程，分级施加荷载，使得计算过程更容易收敛。可快速评估主缆的张拉敏感性，既可以判断吊杆张拉至戴帽位置需要多大的张拉力，这涉及到张拉千斤顶的选型；也可以判断在特定的张拉力下，吊杆能否张拉到位。

技术领域

本发明属于大型悬索桥的主缆吊杆张拉及工程化分析领域，尤其是涉及基于张拉力或强制位移值的主缆敏感性工程化分析方法。

背景技术

悬索桥是目前跨径能力最大的一种桥型，其主缆作为主要承重构件，承受索夹和吊杆传递的加劲梁和桥面恒载以及各种活载，并将荷载传递至桥塔顶部。在大型悬索桥的施工建造中，对主缆敏感性的分析直接决定了主缆吊杆张拉方案的确定，是悬索桥施工中的关键技术。对悬索桥主缆受力的计算理论，主要有弹性理论、挠度理论和有限位移理论。随着桥梁跨径的不断加大，悬索桥主缆的几何非线性显得尤为突出，荷载作用下产生的结构大位移将对悬索桥的内力产生明显的影响。因此，对主缆在初内力以及新增荷载作用下的变形和内力进行分析计算，对于悬索桥的施工建造非常重要。

随着计算机技术的发展以及专业有限元软件的出现，对悬索桥主缆受力的分析越来越多的采用有限元法。通过采用合适的单元建立悬索桥的网格模型，再施加合适的边界条件和对应的荷载，迭代求解结构的刚度矩阵，即可得到主缆的内力和位移等信息。但这需要技术人员不仅具备桥梁施工建造的专业知识，且需对有限元理论和专业软件有较好的理解。在实际悬索桥施工中，往往需要快速地对主缆的张拉敏感性进行判断，而过于复杂精细的模型分析对工程技术人员的要求较高，使得无法及时的提供有效的数据辅助制定缆索张拉方案。

现有的悬索桥主缆的张拉计算至少存在以下缺点：往往需要建立较为复杂的空间模型，这固然可以得到主缆张拉的全部信息，但在工程上初步确定主缆张拉方案时，需要快速评估主缆的张拉敏感性，即确定在特定张拉力下的主缆位移，或是特定吊杆张拉位移下，需要施加多大的张拉力。空间模型法的建模和计算时间较长，边界条件处理复杂，且由于主缆自身的非线性往往导致计算过程难以收敛，不便于工程应用。因此，如何简化建模过程，快速有效的评估悬索桥主缆的张拉敏感性，提出一种适合工程应用的快速评估主缆敏感性的分析方法，是本领域工程技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出基于张拉力或强制位移值的主缆敏感性工程化分析方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于张拉力或强制位移值的主缆敏感性工程化分析方法，包括如下步骤:

①根据主缆的空缆坐标建立主缆空缆状态下的线形模型；将材料密度、弹性模量、热膨胀系数以及截面积等属性赋予步骤一所述的空缆模型；

②在步骤①中建立的空缆线形模型的边跨锚固处及桥塔部位施加竖向和水平向位移约束；

③保持上述边跨锚固处及桥塔部位施加竖向和水平向位移约束不变，对主缆施加温降荷载，使主缆收缩张紧，相当于施加初始预应力；

④保持上述温降荷载不变，对主缆施加自重荷载；

⑤对处于上述温降荷载和自重荷载作用下的模型进行计算，并与步骤①中建立的空缆线形模型进行对比，如位移差超过允许值，则返回步骤四，调整温降荷载再次计算，如位移差在允许范围内，进入下一步骤；

⑥在主缆对应的吊杆节点处施加预定张拉力或强制位移值，进行主缆张拉敏感性的评估。

进一步，所述空缆线形模型的单元类型选用桁架单元或梁单元。