斜拉橋初始成橋初始索力確定方法技術

本發明專利技術是基于ＡＮＳＹＳ二次開發平臺的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其以設計索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，具體是：先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載并計算，通過＊ｄｏ－ｌｏｏｐ命令語言，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找的斜拉橋初始成橋初始索力。本方法提高了斜拉橋成橋初始索力的求解時間和精度，使得該方法具有較大的實際工程應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于交通運輸業橋涵工程領域，具體地講涉及一種基于ANSYS平臺的斜拉 橋成橋初始索力確定方法。
技術介紹
大跨徑密索型的斜拉橋是一種高次超靜定體系，結構幾何非線性效應顯著，且拉 索數量眾多。在其極限承載力分析中，首先需要提供一組初始索力，使得在成橋恒載作用下 索力與設計索力或者實測索力相一致，而確定這一組初始索力整個過程十分繁瑣，有時甚 至無法收斂。目前現有的生死單元法是利用單元的生死特性，直接用一對集中力施加到斜 拉索兩端的節點上，無法考慮結構幾何非線性引起的拉索兩端節點的變位，也無法考慮拉 索的垂度效應，導致計算所得成橋索力和設計索力之間存在較大的誤差。而根據設計索力 直接通過設置索的初應變或者溫度荷載施加索力的方法也具有一定的局限性，因為索力是 在結構未變形基礎上施加的，在恒載作用下結構變形必然會導致索力發生變化。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是為克服現有技術的缺陷，提供一種基于ANSYS平 臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法，該方法具有調索時間短和精度高的優勢。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案，是以設計索力作為目標值，考慮幾何非 線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，具體是先假定任一組初始索力 以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載并計算，通過*d0-l00p命令語言，提取計算所得 斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過 差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一 組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找一組斜拉索初始 索力，該組斜拉索初始索力即為所述斜拉橋初始成橋初始索力。本專利技術與現有技術相比具有以下的主要優點其一.不僅具有收斂速度快和計算誤差小，同時考慮了結構的幾何非線性效應。其二 .與生死單元方法相比，大大了提高了斜拉橋成橋索力的求解精度和效率， 使得本方法具有較大的實際工程應用價值。其三.在此前的斜拉橋成橋初始索力計算中，由于是在結構未變形的基礎上施加 的，直接施加索的張力，導致計算誤差大，收斂慢，且不能反映斜拉索的幾何非線性效應。應用本方法計算成橋初始索力，不僅準確、簡便，而且速度快。當本方法迭代計算 次數為5次時，和設計索力值相差不超過5%，迭代20次時，和設計索力值相差不超過4%。附圖說明圖1是本專利技術成橋初始索力計算流程示意圖。圖2是武漢某三塔結合梁斜拉橋立面圖，圖中所示尺寸單位為cm。具體實施例方式本專利技術提供一種基于ANSYS平臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法，該方法以設計 索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，該 方法具體是先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載(一期恒載與 二期恒載)并計算，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在 允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的 范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模 量即為所要找一組斜拉索初始索力。下面結合實施例和附圖對本專利技術做進一步詳細說明。本專利技術主要針對地是提供斜拉橋整橋的索力調整方法，并且選擇相應的二次開發 技術對ANSYS進行二次開發。本專利技術在二次開發過程中，主要利用ANSYS提供的參數化設計語言APDL，使得本 專利技術提供的方法在ANSYS中實現。由于ANSYS不能直接輸入初始索力，因此，初始索力按照 考慮垂度效應Ernst修正彈性模量求出相應初應變，以初應變的形式加到斜拉索上，同時 考慮梁柱效應和大位移效應的影響。本專利技術提供的方法包括下述步驟(1)輸入橋梁結構的基本參數，建立斜拉橋分析模型，該模型為有限元模型(ANSYS模 型)，定義荷載，加上邊界條件。所述定義荷載是指施加斜拉橋的一期恒載和二期恒載。所述邊界條件是指定義主梁、主塔以及各墩臺的約束方式。(2)定義參數數組存儲，按照任意一組索力換算得出初應變{ ε 0}。實現此過程，需要事先假定任意一組斜拉索成橋索力{F}為初始索力{F0}，其中(,JfoI ieH.面。式中F0為任意一組斜拉橋初始索力，E為拉索彈性模量，A為拉索截面面積。(3)采用Newton Raphson方法進行結構的平衡迭代。在平衡迭代過程中，設置ANSYS求解參數以考慮斜拉橋的幾何非線性影響，具體 是考慮結構大位移、梁柱效應及斜拉索垂度效應的影響，求出斜拉索索力{F1}。所述結構大位移、梁柱效應及斜拉索垂度效應分別是指 ANTYPE, STATIC ！進行靜力分析；NLGEOM, ON ！考慮大變形效應； SSTIF, ON！考慮應力剛化。(4)索力迭代用*d0-l00p命令循環求解，每求解一次，提取索力，檢查索力與設計院提供索力誤差 是否小于允許誤差，即檢查條件n)是否小于允許值；如果所述條件小于允許值，則輸出計算結果；如果所述條件不小于允許值，則用{F0} + {F}_{F1}代替{F0}，把差值Δ ε換算為應變權利要求，其特征是一種基于ANSYS二次開發平臺的，該方法以設計索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，具體是先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載并計算，通過*do loop命令語言，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找一組斜拉索初始索力，該組斜拉索初始索力即為所述斜拉橋初始成橋初始索力。2.根據權利要求1所述的，其特征是采用包括以下 步驟的方法(1)輸入橋梁結構的基本參數，建立斜拉橋分析模型，該模型為有限元模型，然后定義 荷載，加上邊界條件；(2)定義參數數組存儲，假定任意一組索力，并換算得出初應變{ε。}，斯⑷={!}’式中F0為任意一組斜拉橋初始索力，E為拉索彈性模量，A為拉索截面面積；(3)采用NewtonRaphson方法進行結構的平衡迭代；(4)索力迭代用*d0-l00p命令循環求解，每求解一次，提取索力，檢查索力與設計院提供索力誤差 是否小于允許誤差，即檢查條件的(;(廣是否小于允許值，如果條件小于允許值，則輸出計算結果，如果條件不小于允許值，則用{F0} + {F}-{F1}代替{F0}，重復步驟(3)、步驟(4)，直至 所述條件滿足為止，式中{F1}為設計索力，{F}為斜拉索計算索力；(5)輸出結果:經過上述步驟，得到所述斜拉橋初始成橋初始索力{F}。3.根據權利要求2所述的，其特征是步驟(1)中所 述定義荷載是指施加斜拉橋的一期恒載和二期恒載。4.根據權利要求2所述的，其特征是步驟(1)中所 述邊界條件是指定義主梁、主塔以及各墩臺的約束方式。5.根據權利要求2所述的，其特征是在實現步驟(2)的過程中，需要事先假定任意一組斜拉索成橋索力{F}為初始索力{F0}。6.根據權利要求2所述的，其特征是在實現步驟(3)所述平衡迭代過程中，設置ANSYS求解參數以考慮斜拉橋的幾何非線性影響，具體是考 慮結構大位移、梁柱效應及斜拉索垂度效應的影本文檔來自技高網...

【技術保護點】
斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是一種基于ＡＮＳＹＳ二次開發平臺的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，該方法以設計索力作為目標值，考慮幾何非線性效應，在恒載作用下反復迭代求解和修正拉索初應變，具體是：先假定任一組初始索力以初應變的形式加到斜拉索上，加上恒載并計算，通過＊ｄｏ－ｌｏｏｐ命令語言，提取計算所得斜拉索索力并檢查該索力與目標成橋索力的誤差是否在允許的范圍內，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內，最后一次計算所用的一組斜拉索初應變乘以斜拉索考慮垂度效應修正后的彈性模量即為所要找一組斜拉索初始索力，該組斜拉索初始索力即為所述斜拉橋初始成橋初始索力。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉沐宇，汪峰，陳躍慶，高宗余，林馳，盧志芳，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：83[中國|武漢]