專利名稱：斜拉橋初始成橋初始索力確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸業(yè)橋涵工程領(lǐng)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。
背景技術(shù)：
大跨徑密索型的斜拉橋是一種高次超靜定體系，結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)顯著，且拉 索數(shù)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(shè)計索力或者實(shí)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(xiàn)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(jié)點(diǎn)上，無法考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性引起的拉索兩端節(jié)點(diǎn)的變位，也無法考慮拉 索的垂度效應(yīng)，導(dǎo)致計算所得成橋索力和設(shè)計索力之間存在較大的誤差。而根據(jù)設(shè)計索力 直接通過設(shè)置索的初應(yīng)變或者溫度荷載施加索力的方法也具有一定的局限性，因?yàn)樗髁κ?在結(jié)構(gòu)未變形基礎(chǔ)上施加的，在恒載作用下結(jié)構(gòu)變形必然會導(dǎo)致索力發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為克服現(xiàn)有技術(shù)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(diào)索時間短和精度高的優(yōu)勢。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案，是以設(shè)計索力作為目標(biāo)值，考慮幾何非 線性效應(yīng)，在恒載作用下反復(fù)迭代求解和修正拉索初應(yīng)變，具體是先假定任一組初始索力 以初應(yīng)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(biāo)成橋索力的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，若誤差過大，通過 差值法修改斜拉索初應(yīng)變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內(nèi)，最后一次計算所用的一 組斜拉索初應(yīng)變乘以斜拉索考慮垂度效應(yīng)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。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)
其一.不僅具有收斂速度快和計算誤差小，同時考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性效應(yīng)。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(shí)際工程應(yīng)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(jié)構(gòu)未變形的基礎(chǔ)上施加 的，直接施加索的張力，導(dǎo)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(yīng)。應(yīng)用本方法計算成橋初始索力，不僅準(zhǔn)確、簡便，而且速度快。當(dāng)本方法迭代計算 次數(shù)為5次時，和設(shè)計索力值相差不超過5%，迭代20次時，和設(shè)計索力值相差不超過4%。


圖1是本發(fā)明成橋初始索力計算流程示意圖。圖2是武漢某三塔結(jié)合梁斜拉橋立面圖，圖中所示尺寸單位為cm。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種基于ANSYS平臺的斜拉橋成橋初始索力確定方法，該方法以設(shè)計 索力作為目標(biāo)值，考慮幾何非線性效應(yīng)，在恒載作用下反復(fù)迭代求解和修正拉索初應(yīng)變，該 方法具體是先假定任一組初始索力以初應(yīng)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(biāo)成橋索力的誤差是否在 允許的范圍內(nèi)，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應(yīng)變，再重新計算直至誤差在允許的 范圍內(nèi)，最后一次計算所用的一組斜拉索初應(yīng)變乘以斜拉索考慮垂度效應(yīng)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(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明主要針對地是提供斜拉橋整橋的索力調(diào)整方法，并且選擇相應(yīng)的二次開發(fā) 技術(shù)對ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)。本發(fā)明在二次開發(fā)過程中，主要利用ANSYS提供的參數(shù)化設(shè)計語言APDL，使得本 發(fā)明提供的方法在ANSYS中實(shí)現(xiàn)。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(yīng)Ernst修正彈性模量求出相應(yīng)初應(yīng)變，以初應(yīng)變的形式加到斜拉索上，同時 考慮梁柱效應(yīng)和大位移效應(yīng)的影響。本發(fā)明提供的方法包括下述步驟
(1)輸入橋梁結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，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(shù)數(shù)組存儲，按照任意一組索力換算得出初應(yīng)變{ ε 0}。實(shí)現(xiàn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)的平衡迭代。在平衡迭代過程中，設(shè)置ANSYS求解參數(shù)以考慮斜拉橋的幾何非線性影響，具體 是考慮結(jié)構(gòu)大位移、梁柱效應(yīng)及斜拉索垂度效應(yīng)的影響，求出斜拉索索力{F1}。所述結(jié)構(gòu)大位移、梁柱效應(yīng)及斜拉索垂度效應(yīng)分別是指 ANTYPE, STATIC ！進(jìn)行靜力分析；
NLGEOM, ON ！考慮大變形效應(yīng)； SSTIF, ON！考慮應(yīng)力剛化。(4)索力迭代
用*d0-l00p命令循環(huán)求解，每求解一次，提取索力，檢查索力與設(shè)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(jié)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(yīng)變
權(quán)利要求
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(fā)平臺的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，該方法以設(shè)計索力作為目標(biāo)值，考慮幾何非線性效應(yīng)，在恒載作用下反復(fù)迭代求解和修正拉索初應(yīng)變，具體是先假定任一組初始索力以初應(yīng)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(biāo)成橋索力的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應(yīng)變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內(nèi)，最后一次計算所用的一組斜拉索初應(yīng)變乘以斜拉索考慮垂度效應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是采用包括以下 步驟的方法(1)輸入橋梁結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，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(shù)數(shù)組存儲，假定任意一組索力，并換算得出初應(yīng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)的平衡迭代；(4)索力迭代用*d0-l00p命令循環(huán)求解，每求解一次，提取索力，檢查索力與設(shè)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(jié)果，如果條件不小于允許值，則用{F0} + {F}-{F1}代替{F0}，重復(fù)步驟(3)、步驟(4)，直至 所述條件滿足為止，式中{F1}為設(shè)計索力，{F}為斜拉索計算索力；(5)輸出結(jié)果:經(jīng)過上述步驟，得到所述斜拉橋初始成橋初始索力{F}。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，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(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，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(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是在實(shí)現(xiàn)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(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是在實(shí)現(xiàn)步驟(3)所述平衡迭代過程中，設(shè)置ANSYS求解參數(shù)以考慮斜拉橋的幾何非線性影響，具體是考 慮結(jié)構(gòu)大位移、梁柱效應(yīng)及斜拉索垂度效應(yīng)的影響，求出斜拉索索力{F}。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是所述結(jié)構(gòu)大位移、梁柱效應(yīng)及斜拉索垂度效應(yīng)分別是指 ANTYPE, STATIC ！進(jìn)行靜力分析； NLGEOM, ON！考慮大變形效應(yīng)；SSTIF, ON！考慮應(yīng)力剛化。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其特征是在步驟(4)所 述用{F0} + {F}-{F1}代替{F0}的過程中，應(yīng)該把差值Δ ε換算為應(yīng)變ε，
全文摘要
本發(fā)明是基于ANSYS二次開發(fā)平臺的斜拉橋初始成橋初始索力確定方法，其以設(shè)計索力作為目標(biāo)值，考慮幾何非線性效應(yīng)，在恒載作用下反復(fù)迭代求解和修正拉索初應(yīng)變，具體是先假定任一組初始索力以初應(yīng)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(biāo)成橋索力的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，若誤差過大，通過差值法修改斜拉索初應(yīng)變，再重新計算直至誤差在允許的范圍內(nèi)，最后一次計算所用的一組斜拉索初應(yīng)變乘以斜拉索考慮垂度效應(yīng)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(shí)際工程應(yīng)用價值。
文檔編號G06F17/50GK101937485SQ20101050191
公開日2011年1月5日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者劉沐宇, 盧志芳, 林馳, 汪峰, 陳躍慶, 高宗余 申請人:武漢理工大學(xué)