Part4-第13章-斜拉桥的计算理论概要.ppt

1. 概述 斜拉桥是塔、梁、拉索三种基本构件组成的缆索承重结构体系，结构表现为柔性的受力特性 斜拉桥的设计计算要根据其结构形式、设计阶段和计算要求来选用相应的力学模式和计算理论 1. 概述(续) 计算模式是设计计算的关键 在概念设计阶段，主要研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置，对结构内力精度要求不高，可以采用平面杆系模式 在技术设计阶段，若仅仅计算恒、活载作用下结构的内力，仍可选用平面杆系模式，此时活载的空间效应用横向分布系数或偏载系数来表达 1. 概述(续) 计算模式是设计计算的关键 若要计算空间荷载(风载、地震荷载、局部温差等)作用下的静力响应时，一般选用空间杆系模式，注意实际结构与计算模式间的刚度等效性 若要计算全桥构件的应力分布特性，可选用空间板壳、块体和梁单元的组合模式，注意不同单元结合部的节点位移协调性。      2. 斜拉桥恒载受力状态的优化 斜拉桥成桥恒载内力分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一 对于中、边跨不对称的斜拉桥结构，可以通过调整其恒载分布、改变边跨斜拉索锚固位置等方法来改善结构受力 由于受到设计施工中各种条件的限制，要求每座斜拉桥都满足零弯矩状态是不可能也是不现实的 2. 斜拉桥恒载受力状态的优化 需要找到一组索力，其对应的成桥态就是对应目标下最优的成桥内力状态。求解这组最优索力，并在斜拉桥中加以实施，也就实现了斜拉桥的恒载受力优化。 在不改变结构参数的前提下，斜拉桥恒载状态的优化，也就转化为斜拉索力的优化问题。 2. 斜拉桥恒载受力状态的优化 索梁组成的一次超静定体系，赘余力用拉索的张力N表示 如果按变形协调条件计算赘余力，易得 ： 3. 斜拉桥有限位移理论分析 引起斜拉桥几何非线性的因素主要有三个方面： 1、索的垂度影响。 在分析斜拉桥结构时，常将斜拉索模拟成桁架单元，由此带来了计算模型与实际结构间的误差。通常可用Ernst公式修正索弹性模量。由于Eeq是索端力的函数，导致了索端力与索端位移呈非线性。 3. 斜拉桥有限位移理论分析(续) 2、梁柱效应。 斜拉桥主梁、主塔都工作在压弯状态，引起了梁柱效应。用梁单元分析时，可用稳定函数表示的几何非线性刚度矩阵或一般的几何刚度阵来计入这一效应。前者精度高，但计算工作量大；后者精度稍低，计算工作量小，计算中只要保证??3，对工程问题就有足够精度。 3、大位移效应。 由于斜拉桥具有柔性结构特征，外荷载作用下结构变形较大，平衡方程必须建立在变形后的位置上。可以用大位移刚度阵或基于U.L列式的有限位移理论(拖动座标法)计入这一效应。 3. 斜拉桥有限位移理论分析(续) 施工仿真计算主要采用前进分析和倒退分析法 前进分析法是一种以计算斜拉桥施工过程中内力、构形，以保证施工的合理与安全为目的的仿真施工过程的计算方法 倒退分析法是一种将成桥状态作为目标，以计算斜拉桥拉索初张力和拼装节段标高等理想施工参数为目的的逆施工过程的计算方法 3. 斜拉桥有限位移理论分析(续) 一般描述一座桥的施工过程需要如下信息： ●总体结构 ●施工方式 ●各个施工阶段的荷载 总体结构是指桥梁从施工到成桥的过程中，出现的“最大”结构,包括结构离散状态的节点、单元、几何材料、预应力索、构件的徐变、收缩、组合单元及刚臂信息等 施工方式信息是指各个施工阶段中，在已建结构上新增加或拆除构件的数量及单元；新增加或拆除的支座；新张拉或放张的预应力索数和索号；临时铰的封结或临时固结的释放，徐变单元，构件截面几何特性、材料特性和受力特性的改变信息等 施工荷载信息是指一个施工阶段里，在已建结构上新增减的节点荷载、广义单元荷载、温变荷载、支座变位、预应力张拉力荷载及调值信息 在前进分析中，由于结构刚度较小，砼构件龄期短、位移大、徐变收缩量大，结构非线性表现突出，所示非线性的求解策略显得尤为重要 非线性计算采用U.L列式的杆系有限元法，将以前各施工阶段在已建结构上的累计静力响应作为本阶段结构几何非线性计算的初态，索类单元的垂度效应可选用表观模量修正法或柔索单元 考虑到结构受载后首先达到静力平衡，再发生徐变、收缩，所以在计算中首先考虑几何非线性，以结构平衡后的应力状态作为本阶段时变效应分析的初态，在每一时段分析中都以前一时段非线性平衡状态作为初态 倒退分析是以成桥态t=t0 时刻的内力状态为参考状态，以设计的成桥线形为参考构形，对结构进行虚拟倒拆并逐阶段进行分析，计算每次卸除一个施工段对剩余结构的影响的计算方法。 对于线性结构，用倒退分析结果进行理想施工，保证每一阶段都不出现偏差，就可以在t=t0 时刻达到成桥状态,从理论上讲，倒退分析的结果可直接用于指导线性结构的设计施工，并作为施工控制的目标。 单一的倒退分析可由前进分析的逆过程来实现