自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中 图法 分 类 号 ： ４ ． ９ Ｕ４ ８ ２ Ｄ ：０ ３ ６ ／ ｉ ｎ １０ —８ ３ ２０ ． ６ ０ ４ ＯＩ １ ． ９ ３ ｊ ｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ ９ ０ ． １ ． ｓ
自锚式斜 拉一 索协作体 系桥 是将斜 拉桥 和 自 悬
锚 式悬 索 桥 有机 的结 合 在一 起 的一 种崭 新 桥 型 ，
第３ ３卷 第 ６ 期 ２ ０ 年 １ 月 ０９ ２
武汉理工大学学报鸯 差 （ ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｉｅ ｌ ｇ ｏ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒａｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
下 材 料 、 何 尺 寸 的 随机 性 对 主 梁 跨 中 挠 度 的 影 响 ． 果 表 明 ， 构 随 机 性 的 影 响 较 明 显 ， 缆 、 几 结 结 主 斜
拉 索 的材 料 、 何 尺 寸 的变 异 对 结 构 响 应 影 响 较 大 ． 几 关键词 ： 自锚 式 斜 拉 一 索 协 作 体 系 桥 ； 应 面 法 ； 线 性 ； 机性 悬 响 非 随
元 法 和 响 应 面法 ． 随机 有 限 元 法 是 通 过 改 造 确 定 性
在 有 限元法 分 析 中 ， 索 单 元 的计 算 模 型 常 缆 取为 直杆单 元 ， 实 际缆索具 有垂 度． 而 在单 元两端
受力 时 ， 际缆 索单 元 的变形 是 由弹性 变 形 及垂 实
度变化 的非 线性 变 形 两部 分 组 成 ， 其变 形 值 比直
国 家 交通 部 西 部 建 设 基 金 项 目资 助 （ 准 号 ：０ ６ １ ８３ ０ 批 ２ ０ ３８ ２ ５ ）
第 ６期
叶
毅， ： 等 自锚 式斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 非 线 性 随 机 静 力 分 析 悬
由于 该桥型 主 缆 和斜 拉 索 均锚 固在 主 梁上 ， 主梁 和主塔 存在 较 大 的压 力 ． 向力作 用 下 的横 轴
向挠 度会 引起 附加弯矩 ， 弯矩又 影响轴 向刚度 ． 而
毅 ： ，８岁 ， 士 生 ， 要 研 究领 域 为 大 跨 度 桥 梁设 计 理 论 男 ２ 博 主
将伸 长 ， 塔会 压 缩 ， 索 吊索 还将 发生倾 斜 ， 点还 结 有水 平位 移 ， 都对 自锚 式斜 拉一 索协 作体 系桥 内 悬
力产 生影 响． 因此 在进 行结 构分析 时 ， 的平衡 方 力
行 了非线性 随机 静力 分析 ， 文献 Ｅ ３ 大跨 悬 索桥 ４对 的非线性 随机效 应进行 了分析． 本文 以大连湾 主跨 ８０Ｉ ０ ｎ的跨 海 大 桥 推荐 方 案 为 背景 ， 用 响 应 面 运 法， 考虑大跨 自锚 式 斜拉一 索协 作 体 系桥 的几 何 悬 非线性效应和 材料 、 几何 尺 寸等 的随 机性 ， 该桥 对
有 限元分析程 序 ， 并将 其 与 随机场 理 论结 合起 来 ， 通过考察各 随机变 量在 均值 附近 的摄 动来研 究 结 构的随机特性． 但是 ， 随机 有 限元法 必 须通 过 改造
确定 性有 限元并将其 与随机场理论 结合起来 ， 通过 考察每个 随机 变量 在均值 附近 的摄动 来研 究结 构 的随机特性 ， 且 为 了确 定 随机 响应 的统 计特 性 ， 而 必须要有足够容 量的个体． ｕｈ ｒ ２ 出的响应 Ｂ ｃ ｅ 等［ 提 ］ 曲面法不失为一 种有效 的研究方法 ， 优点在 于不 其 需要改造确 定性 有 限元程 序． 文献 Ｉ ］ － 对斜 拉 桥进 ３
杆单元 的 大 ， 与缆 索 的弹性模 量 、 自重及 张拉力 等
因素有 关． 一般可 通过 Ｅ ｎ ｔ 式 修正 法 、 ｒｓ公 等参单
元法 和柔索 单元 法来考 虑缆 索 的垂 度效应 ［ ． ５ ］
１ ２ 结 构 大 位 移 效 应 ．
自锚式 斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 在 受 到 外 荷 载 悬 作用 时 ， 仅缆 索及加 劲梁 发生下 挠 ， 且 吊索 也 不 而
Ｖ０１ ３ Ｎｏ． ．３ ６
Ｄｅ ． ２ ｃ ００９
自锚 式 斜 拉一 索 协 作体 系桥 非线 性 随机静 力 分 析 ＊ 悬
叶 毅 张 哲 夏 国平 苗 峰
（ 大连 理 工 大 学 土 木 水 利 学 院 大 连 １６ ２ ） １ ０ ３
摘要 ： 大跨 度 自锚 式 斜 拉 一 索 协 作 体 系 桥 具 有 显 著 的 几何 非线 性 行 为 ， 存在 材料 特 性 、 何 尺 寸 悬 且 几
的随 机 性 ． 用 响应 面 法 ， 择 出若 干 个 对 因变 量 影 响 较 大 的 随 机 变 量 参 与 响 应 面 拟 合 ． 对 一 座 应 选 针 大 跨 度 自锚 式 斜 拉一 索 协 作 体 系桥 方 案 设 计 进 行 了非 线 性 随 机 静 力 分 析 ． 论 了在 竖 向活 载作 用 悬 讨
型进行非线性 随机静 力分析 ， 为这种 崭新桥 型的发 展和实现做 出一些 有益 的探索．
收 稿 日期 ：０ ９０ —５ ２ ０ —７１ 叶
程应 依据 变形后 的结 构几 何 位 置 来建 立 ． 以采 可
用 Ｔ Ｌ列式 法或 Ｕ． ． Ｌ列式 法计 入这一 效应 ．
１ ３ 结 构 大 位 移 效 应 ．
１ 自锚 式 斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 几 悬 何 非 线 性 效 应
１ １ 缆 索 垂 度 效 应 ．
它具 有结构新颖 ， 受力 合理 ， 风性 能好 ， 抗 施工 安全
和工程造价低 等优 点 ， 软 土地基 、 风地 区尤 能 在 强 突出其 优越性 ， 大跨 桥 型 中极 具 竞争 力＿ ． 在 １ 目前 ］ 研究 结构 随机性 的方法主要有两种方 法 ： 随机 有限
自锚式斜 拉一 索协作体 系桥 是将斜 拉桥 和 自 悬
锚 式悬 索 桥 有机 的结 合 在一 起 的一 种崭 新 桥 型 ，
第３ ３卷 第 ６ 期 ２ ０ 年 １ 月 ０９ ２
武汉理工大学学报鸯 差 （ ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｉｅ ｌ ｇ ｏ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒａｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
下 材 料 、 何 尺 寸 的 随机 性 对 主 梁 跨 中 挠 度 的 影 响 ． 果 表 明 ， 构 随 机 性 的 影 响 较 明 显 ， 缆 、 几 结 结 主 斜
拉 索 的材 料 、 何 尺 寸 的变 异 对 结 构 响 应 影 响 较 大 ． 几 关键词 ： 自锚 式 斜 拉 一 索 协 作 体 系 桥 ； 应 面 法 ； 线 性 ； 机性 悬 响 非 随
元 法 和 响 应 面法 ． 随机 有 限 元 法 是 通 过 改 造 确 定 性
在 有 限元法 分 析 中 ， 索 单 元 的计 算 模 型 常 缆 取为 直杆单 元 ， 实 际缆索具 有垂 度． 而 在单 元两端
受力 时 ， 际缆 索单 元 的变形 是 由弹性 变 形 及垂 实
度变化 的非 线性 变 形 两部 分 组 成 ， 其变 形 值 比直
国 家 交通 部 西 部 建 设 基 金 项 目资 助 （ 准 号 ：０ ６ １ ８３ ０ 批 ２ ０ ３８ ２ ５ ）
第 ６期
叶
毅， ： 等 自锚 式斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 非 线 性 随 机 静 力 分 析 悬
由于 该桥型 主 缆 和斜 拉 索 均锚 固在 主 梁上 ， 主梁 和主塔 存在 较 大 的压 力 ． 向力作 用 下 的横 轴
向挠 度会 引起 附加弯矩 ， 弯矩又 影响轴 向刚度 ． 而
毅 ： ，８岁 ， 士 生 ， 要 研 究领 域 为 大 跨 度 桥 梁设 计 理 论 男 ２ 博 主
将伸 长 ， 塔会 压 缩 ， 索 吊索 还将 发生倾 斜 ， 点还 结 有水 平位 移 ， 都对 自锚 式斜 拉一 索协 作体 系桥 内 悬
力产 生影 响． 因此 在进 行结 构分析 时 ， 的平衡 方 力
行 了非线性 随机 静力 分析 ， 文献 Ｅ ３ 大跨 悬 索桥 ４对 的非线性 随机效 应进行 了分析． 本文 以大连湾 主跨 ８０Ｉ ０ ｎ的跨 海 大 桥 推荐 方 案 为 背景 ， 用 响 应 面 运 法， 考虑大跨 自锚 式 斜拉一 索协 作 体 系桥 的几 何 悬 非线性效应和 材料 、 几何 尺 寸等 的随 机性 ， 该桥 对
有 限元分析程 序 ， 并将 其 与 随机场 理 论结 合起 来 ， 通过考察各 随机变 量在 均值 附近 的摄 动来研 究 结 构的随机特性． 但是 ， 随机 有 限元法 必 须通 过 改造
确定 性有 限元并将其 与随机场理论 结合起来 ， 通过 考察每个 随机 变量 在均值 附近 的摄动 来研 究结 构 的随机特性 ， 且 为 了确 定 随机 响应 的统 计特 性 ， 而 必须要有足够容 量的个体． ｕｈ ｒ ２ 出的响应 Ｂ ｃ ｅ 等［ 提 ］ 曲面法不失为一 种有效 的研究方法 ， 优点在 于不 其 需要改造确 定性 有 限元程 序． 文献 Ｉ ］ － 对斜 拉 桥进 ３
杆单元 的 大 ， 与缆 索 的弹性模 量 、 自重及 张拉力 等
因素有 关． 一般可 通过 Ｅ ｎ ｔ 式 修正 法 、 ｒｓ公 等参单
元法 和柔索 单元 法来考 虑缆 索 的垂 度效应 ［ ． ５ ］
１ ２ 结 构 大 位 移 效 应 ．
自锚式 斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 在 受 到 外 荷 载 悬 作用 时 ， 仅缆 索及加 劲梁 发生下 挠 ， 且 吊索 也 不 而
Ｖ０１ ３ Ｎｏ． ．３ ６
Ｄｅ ． ２ ｃ ００９
自锚 式 斜 拉一 索 协 作体 系桥 非线 性 随机静 力 分 析 ＊ 悬
叶 毅 张 哲 夏 国平 苗 峰
（ 大连 理 工 大 学 土 木 水 利 学 院 大 连 １６ ２ ） １ ０ ３
摘要 ： 大跨 度 自锚 式 斜 拉 一 索 协 作 体 系 桥 具 有 显 著 的 几何 非线 性 行 为 ， 存在 材料 特 性 、 何 尺 寸 悬 且 几
的随 机 性 ． 用 响应 面 法 ， 择 出若 干 个 对 因变 量 影 响 较 大 的 随 机 变 量 参 与 响 应 面 拟 合 ． 对 一 座 应 选 针 大 跨 度 自锚 式 斜 拉一 索 协 作 体 系桥 方 案 设 计 进 行 了非 线 性 随 机 静 力 分 析 ． 论 了在 竖 向活 载作 用 悬 讨
型进行非线性 随机静 力分析 ， 为这种 崭新桥 型的发 展和实现做 出一些 有益 的探索．
收 稿 日期 ：０ ９０ —５ ２ ０ —７１ 叶
程应 依据 变形后 的结 构几 何 位 置 来建 立 ． 以采 可
用 Ｔ Ｌ列式 法或 Ｕ． ． Ｌ列式 法计 入这一 效应 ．
１ ３ 结 构 大 位 移 效 应 ．
１ 自锚 式 斜 拉一 索 协 作 体 系 桥 几 悬 何 非 线 性 效 应
１ １ 缆 索 垂 度 效 应 ．
它具 有结构新颖 ， 受力 合理 ， 风性 能好 ， 抗 施工 安全
和工程造价低 等优 点 ， 软 土地基 、 风地 区尤 能 在 强 突出其 优越性 ， 大跨 桥 型 中极 具 竞争 力＿ ． 在 １ 目前 ］ 研究 结构 随机性 的方法主要有两种方 法 ： 随机 有限