索道桥的静力有元分析.doc

论 文 题 目: 基于Ansys的索道桥有限元分析 姓 名: 张 健 系（院）: 机电学院 专 业: 机械制造及其自动化 学 号: 091207324 摘要 索道桥是一种典型的柔性索桥，关于索道桥的研究已经愈发被人重视。本文是主要对现代索道桥进行静力方面解析计算，计算之前介绍了以往常用的索道桥计算方法。计算过程中主要运用有限元计算方法，整体运算过程使用有限元软件进行建模和分析。通过使用流行有限元软件ANSYS对索道桥进行静力计算，计算黄河白浪索道桥成桥在集中荷载下的索的索力及索型，并产生分析数据和图表。算例中对索网“找形”进行介绍，采用有限元方法，利用ANSYS有限元软件进行“找形”，算例结果表明该方法用来确定结构初始形状是切实可行的。 关键词：索道桥 有限元 ansys  1.1索道桥概述 索道桥的历史 我国索道桥历史悠久,早在汉代就已出现铁链索桥。我国重点文物保护的世界著名的铁链桥四川省泸定县大渡河上的泸定桥，就是一座单孔铁链桥。我国古代索道桥传到日本、西方各国，英国最早建成铁链桥是在1741年，美国是1796年，德国和俄国是1824年【1-3】。 索道桥材料最省，结构最简单，但一直未引起重视，未有明显进步。1958年，土耳其博斯普鲁斯海峡大桥征求方案时，德国工程师芬斯特华尔德提出“薄带桥”，即索道桥方案。但方案较新，问题未摸透彻，虽然设计时对该方案曾做过计算和模型风动实验，振动和稳定都没有什么问题，为了慎重起见，博斯普鲁斯海峡大桥最终建成钢索吊桥而非索道桥，联邦德国在1970年试建了人行薄带桥，以作试验。 之后索道桥由于重量轻、造价低、易于架设、跨度大能适用于各种地形条件等优点，成为工程兵部队为适应战备需要而开发出来的一种施工简便、架设速度快、能过大型装备（如坦克、大炮等）的桥型，主要是在悬索桥的基础上将主索的矢跨比减小，取消塔架和吊杆，将桥面系直接置于主索上，使之成为一种典型的柔性索桥。从20世纪80年代开始引进到水电、水利、交通等工程上，并以其独特的优势很快得到了广泛的应用。 索道桥构造 现代索道桥主要由锚碇，承重索系统，桥面，稳定结构四大部分组成。 （图1-1）纵断面图 锚碇 锚碇对称布置于江河、沟谷两岸，用来固定整座索道桥的承重索，是索道桥的重要基础。锚碇有多种形式，随两岸地质土壤性质和承重索的材料变化而各有不同。 承重索系统 承重索是索道桥主要承重构件，多索并列，锚固在两岸的锚碇中。承重索分为桥面索和稳定索。桥面索和锚碇之间需要连接器和长度调节器用以连接和调整索的矢度和长度。 稳定结构 稳定结构主要功能是增强桥梁的稳定性。稳定结构主要由稳定索，横梁，抗风索构成。其中横梁一般是倒八字梁或者一字梁。 桥面系统构件 桥面系统主要有桥面板，护轮木，护栏等。 1.2索道桥静力方面研究现状 承重索和稳定索是索道桥的重要承重构件，对于索道桥的静力学的研究主要集中承重索上。关于静态悬索的研究历史较久【4-5】。早在17世纪，伽俐略就研究了悬挂于两固定支架上、且不可伸长的索或链的曲线线型，称之为“悬链曲线”。 现代索道桥分析理论最初是弹性理论，认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均不荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后不伸长，加劲梁在无活荷载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可以求解，计算简便，但弹性理论假定索形状在加载前后不发生改变，这与悬索桥的可挠性不符，所以目前弹性理论只在跨径小于200m的悬索桥设计中应用，因此发展出计入变形影响悬索桥挠度理论。 古典的挠度理论是将悬索桥的全部吊杆近似看成是一种连续不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。固该理论也称为“膜理论”。根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁单元弹性抗力平衡条件建立的平衡微分方程而求解。该理论极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起了很大的推动作用。 计算方面，张志国【6】等从悬索微元体平衡出发,分别推导以悬索张力分量、索长等为参变量,考虑和不考虑悬索自重集度变化的两种悬索解析式。王伯惠提出了斜拉桥拉索弹性线方程的精确解及有关参数的解析表达式,同时又提出了根据斜拉索受力特点得出的简单而又有同等精度的拉索两端有关参数计算方法。 索道桥的分析，主要是对悬索找形分析【7-9】，目前采用的找形方法主要有力密度法【10】，动力松弛法【11】，能量法【12】。随着有限单元法和电子计算机的推广应用【12-14】，在索道桥的研究上，许多学者建立了以有限