[发明专利]一种单侧悬吊的曲梁悬索桥建模方法

摘要

本发明提供一种新型单侧悬吊的曲梁悬索桥建模方法，该方法包括几个方面：1)在重力等效原则下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，并计算确定主缆的初始线形。2)将“一直线主梁铅垂单索面”悬索桥边跨主缆旋转使其锚固点与地锚点重合，建立“三折线主梁铅垂单索面”悬索桥模型。3)迭代吊索角度及张力，使得主缆逐步向外倾斜，最终形成单侧悬吊空间曲梁悬索桥的成桥模型。本发明方法“以直代曲”，巧妙实现了复杂的曲线梁悬索桥的建模，计算结果精确，计算效率高，为复杂曲线桥梁的设计、施工提供了有效的方法。

主权项

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：/n1)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；/n(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；/n(2)分段计算等效直梁梁重G’；/n(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；/n(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；/n2)建立“三折线主梁铅垂单索面”悬索桥模型；/n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；/n3)迭代建立空间曲梁悬索桥的成桥模型；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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。/n