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斜拉桥非线性影响要素剖析
2018-05-07 
   1、888真人注册结构非线性

   非线性[1]为题能够分为三类:几许非线性问题、资料非线性问题以及状况非线性问题。所谓资料非线性是指其本构联系对错线性的,资料非线性问题又可分为两类:非线性弹性问题、弹塑性问题。而状况非线性是指触摸问题等边界条件改动的问题。

   大跨度斜拉桥[2]是由塔、梁、索三种根本构件组成的高次超静定柔性结构体系。塔、梁受力呈压弯状况,且因为其成桥内力状况具有多样性、结构受力成非线性、施工进程与成桥状况高度藕合的受力特色,所以斜拉桥考虑非线性影响的施工进程、及各种荷载效果下全体性剖析对错常重要的。斜拉桥的几许非线性问题是归于大位移小应变问题。而资料的应力应变联系是线性的。888真人注册工程中柔性888真人注册结构的恒载状况确认问题;柔性结构的恒、活载核算问题;888真人注册结构的安稳剖析问题等均归于几许非线性问题领域。

   几许非线性理论一般能够分红大位移小应变即有限位移理论和大位移大应变理论即有限应变理论两种。依照K.JBathe的观念,应变在0.004规模内属小应变问题。而混凝土的极限压应变约为0.003一0.005,而运用荷载和自重效果在斜拉桥的某个结点上,该结点将发作位移,荷载也随之移动。这种位移不只改动了荷载相对于与该结点相连接杆件的效果方向,并且改动了荷载对结构其它结点发作的弯矩。假如位移量大,就会严重地影响荷载对结构发作的效应,即考虑几许非线性的影响对斜拉桥结构剖析是十分必要的。并且,对大跨径斜拉桥有必要进行几许非线性剖析。

   斜拉桥的非线性的影响要素归纳为三个效应,即垂度效应、弯矩和轴向力组合效应和大变形效应。

   2、斜拉桥的非线性的影响要素

   (1)结构大变形效应[3]

   由弹性力学知道,用Lgarnage法描绘物体的有限变形时,其应变重量的表达式可写成:

   式中:为Lgarnage应变重量

   表明位移重量ui对坐标xj的偏导数,其他类推。

   在小变形情况下,能够省略上式中的第二项。

   对大跨度斜拉桥来说,它是一种柔性的悬挂结构,其刚度较小,在正常的规划荷载效果下,其上部结构的几许方位改动就十分明显,从有限元的视点来说,结点坐标随荷载的增量改动较大,各单元的长度、倾角等几许特征也相应发作较大的改动,结构的刚度矩阵成为几许变形的函数,因而,平衡方程不再是线性联系,小变形假定中的迭加原理也不再适用。

   荷载效果下,斜拉桥上部结构的几许方位改动明显。从有限元的视点来说,结点坐标随荷载的增量改动较大,各单元的长度、倾角等几许特性也相应发作较大的改动,结构的刚度矩阵成为几许变形的函数,因而,平衡方程不再是线性联系,小变形假定中的叠加原理也不再适用。处理这一对立的办法是在核算应力及反力时计入结构位移的影响,也便是位移理论。平衡条件是依据变形后的几许方位给出的,荷载与位移并不再坚持线性性质。内力与外荷载之间的正比联系也不再存在。因为结构大变位的存在,发作了与荷载增量不成正比的附加应力。

   附加应力的核算能够选用逐渐迫临的办法。依据结构初始几许状况,选用线性剖析的办法求出结构内力和位移,使带动坐标的混合法对几许方位加以批改,这时各单元的刚度矩阵也相应有所改动。使用变形后的刚度矩阵和结点位移求出杆端力。因为变形前后刚度不同,发作了结点不平衡荷载,将此不平衡荷载作为结点外荷载效果于结点上再次核算结构位移,如此迭代直至不平衡荷载小于答应规模停止。

   (2)斜拉索垂度效应

   斜拉索因为自身自重的效果,一般是呈悬垂状况而不是直的,它不能简略地按一般拉伸杆件来核算,而应考虑垂度的影响。所以在两头拉力的效果下,斜拉索的变形由两部分组成:一部分是斜拉索资料应变引起的弹性变形;另一部分是斜拉索自重引起的几许形状的改动,即自重垂度。尤其是施工阶段,因为拉力不大,垂度影响较大。索两头的相对运动遭到索自身三个要素的影响:

   ①索受力后发作的弹性应变受资料的弹性模量操控。

   ②索的垂度改动与资料特性无关,完全是几许改动的成果,受索内张力、索的长度和重力操控。抗拉刚度随轴力改动而改动,索的拉力若为零或受压,则抗拉刚度变为零。垂度改动与索拉力不是线性联系。

   ③在荷载效果下,索中各股钢丝作相对运动,重新排列的成果使横截面更为严密。这种变形引起的伸长叫结构伸长,大部分是永久继续的,它发作在必定的张力以下,所以,可在缆索的制造进程申,选用预张拉的办法予以消除。而非永久性的伸长能够通过折减的有用弹性模量Eeff来考虑,Eeff是独立于索内张力的量考虑斜拉索非线性的简洁办法便是把它视为与它的弦长等长度的析架如图1

   图1

   其等效弹性模量包含资料变形、结构伸长和垂度改动三个要素的影响,其表达式称为Emst公式,即

   

   式中: —为包含钢束压密影响在内的有用弹性模量;

    W—单位长度斜拉索的重力;

    L—索的水平投影长度

    A—索的横截面面积

    F—索内的张力

   通过这样处理后,斜拉索的单元刚度矩阵和平面杆件体系的单元刚图1斜拉索度矩阵根本共同,唯斜拉索单元选用的是等效弹模Eeff,长度则取Lc

   (3)弯矩和轴向力组合效应

   斜拉桥的斜拉索拉力使其它构件处于弯矩和轴向力组合效果下,这些构件即便在资料满意虎克规律的情况下也会出现非线性特性。构件在轴向力效果下的横向挠度会引起附加弯矩,而弯矩又影响轴向刚度的巨细,此刻叠加原理不再适用。但假如构件承受着一系列的横向荷载和位移的效果,而轴向力假定坚持不变,那么这些横向荷载和位移仍是能够叠加的。因而,轴向力能够被看作为影响横向刚度的一个参数,一旦该参数对横向刚度的影响确认下来,就能够选用线性剖析的办法进行近似核算。

   对弯矩和轴向力的组合效应的处理办法是引入安稳性函数的概念,用此函数对刚度矩阵加以批改后再施行线性核算。

   3、结语

   本文归纳考虑了斜拉桥几许非线性的各种影响要素,对各种非线性影响要素从理论剖析的视点进行了论说,为大跨度斜拉桥的规划和施工供给有利的参阅。

   参阅文献:

   [1]华孝良.888真人注册结构非线性剖析[M]. 北京: 公民交通出版社, 1997:112-113;

   [2]吴红兵.大跨径斜拉桥非线性剖析[D]. 重庆:重庆交通大学,2009;

   [3]项海帆. 高级888真人注册结构理论[M]. 北京:公民交通出版社,2001.
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