[发明专利]一种单侧悬吊的曲梁悬索桥建模方法

权利要求书

1.一种单侧悬吊的曲梁悬索桥建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将曲线梁单侧悬索桥简化为“一直线主梁铅垂单索面”悬索桥，确定主缆的初始线形；

(1)根据主梁、塔、缆的几何关系，拟定需要建立的等效直梁悬索桥几何尺寸数据；

(2)分段计算等效直梁梁重G’；

(3)依据(1)、(2)步骤中得到的各项参数，快速建立等效直梁悬索桥模型；

(4)删除步骤(3)中建立的模型中的所有等效主梁单元，约束主缆塔顶节点，同时将主梁、吊索对于主缆的作用等效为节点荷载形式，加载到主缆节点上，进行考虑大位移的几何非线性分析，得到“一直线主梁铅垂单索面”悬索桥，并确定了主缆仅受竖向力作用的初始线形；

2)建立“三折线主梁铅垂单索面”悬索桥模型；

根据步骤1)中得到的“一直线主梁铅垂单索面”悬索桥与单侧悬吊曲梁悬索桥的位置关系，以两个主塔塔顶铅垂投影线为中心轴线，将“一直线主梁铅垂单索面”悬索桥两侧边跨主缆向曲梁圆心方向各自旋转一定角度，使其锚固点与地锚点重合，得到“三折线主梁铅垂单索面”悬索桥模型，最后得到仅受竖向力作用的主缆“三索面”形式的初始线形；

3)迭代建立空间曲梁悬索桥的成桥模型；

(1)建立曲线形主梁有限元模型，在主梁对应吊点处都设立竖向弹性支撑，从而形成刚性支承连续梁模型，针对此模型进行运算，可以得到各吊点处支承反力，此反力即可认为是吊索竖向分力；

(2)根据步骤2)得到的“三折线主梁铅垂索面”形式的主缆初始线形，结合曲线主梁位置，确定每根吊索的倾斜角度及吊索长度，进而通过步骤(1)得到的各吊索竖向分力计算吊索力大小，在此过程中，由于空间效应，每根吊索倾角均不相同，所以需要逐根计算吊索力；

(3)将步骤(2)得到的吊索力通过空间力的分解，换算成节点荷载的形式加载在主缆节点上，并针对主缆进行考虑大位移的几何非线性分析，得到新的主缆线形；注意此时参与运算的力为替代吊索力的等效节点荷载，主缆承受的作用力为空间力；

(4)依据(3)得到的新的主缆线形，结合原曲线主梁的位置，两者又可以得到新的几何关系，进而可以计算得到新的索力；

(5)重复步骤(3)、(4)直至最后一次运算后，主缆各节点位移满足收敛条件，即得到主缆线形，此循环计算的过程中，基本原则是保持曲梁位置不变及每个吊点处吊索竖向分力不变，通过不断修正主缆节点的位置与内力大小，最终满足收敛要求；

(6)利用步骤(5)得到的空间主缆线形，重新建立主梁单元、吊索单元、背索单元并设定相应的边界条件，最终建立了成桥状态下全桥有限元模型。

2.根据权利要求1所述的一种单侧悬吊的曲梁悬索桥建模方法，其特征在于，步骤1)的第(1)步骤中所述需拟定的直梁尺寸数据具体为：

所建立的等效直梁悬索桥索塔所在位置与原曲梁悬索桥相同，索塔之间的距离即为等效直梁悬索桥中段主梁长度，等效直梁悬索桥边跨段长度为索塔顶部与曲梁锚碇连线在水平面内的投影长度，索塔高度与曲梁悬索桥索塔高度相同；确立等效直梁梁长后，选定合适的矢跨比，再按照原吊索在曲梁吊点的位置，依据等效直梁与曲梁的位置关系，逐个计算等效直梁悬索桥吊索与主梁的锚固位置，需要注意的是，虽然原曲梁吊点位置为等距离分布，换算得到的等效直梁悬索桥吊索间距并非为等间距布置，需依次计算得到吊索间距。