ANSYS索结构找形及悬链线的模拟

桅结 构 、 索 结 构 、 拉 结 构 、 悬 斜 索桁 结 构 、 穹 顶 及 索
软件 （ 如 Ａ Ｓ Ｓ 进行 计算 。然 而 ， 例 ＮＹ ） 软件 的单 元库
索膜 结构 中 。在 许 多 文 献 中 已对 多 种 索 构 件 索 的
计算 方法 进 行 了研 究 ， 目前 ， 的模 拟 和 分 析 方 法 索 已经成 熟 。与传 统 结 构 计算 相 比 ， 结构 的初 始 形 索
态和初 始 预应力 分 布 是 一对 相 互 影 响 的未 知 量 ， 这
就产生 了两 个不 确 定 量 ， 就 是 说 既要 形 成 假 设 的 也
不包 括 曲 线 索 单 元 。许 多 学 者 都 在 使 用 ｌ ｋ ｉ ８或 ｎ
ｌ ｋ ０这 两种杆 单 元 模 拟 拉 索 的静 动 力 特 性 ， 利 ｉｌ ｎ 但 用二 节点 直 杆 单 元 来 模 拟 索 单元 仅 在 索 长 度 不 太
大 的情 况 下满 足要 求 。随着 索 跨 度 的不 断增 长 ， 垂
度 的影 响 越来越 不 容 忽 视 ， 这种 单 元 将 不 再 满 足要 求 。本 文 利用 已知 的 索 端 张力 或 预应 力 状 态 时 的 索长来 求解 索 的原 长 … ， 而 能够 建 立 悬链 线 索 单 从 元 的有 限元 模 型 。根 据求 解 出的 索 原 长 ， 立 由多 建
１ 引言
索作 为 一 种 轻质 、 高效 、 大跨 和 经 济 的构 件 ， 在 结构 工程 中扮 演 着 非 常 重 要 的 角 色 ， 在 索 道 、 如 塔
构 这些 特点 ， 必须 选 择 正 确 的有 限元 模 型对 其 进 行 非 线性 分析 。关 于斜 拉 索 受 力模 型 ， 使用 索 单 元 最 方便 的方 法 是 采 用 包 括 非 线 性 分 析 的通 用 有 限元
李 承 铭 （９ ３一） 男 ， 学 博 士 ， 教 授 。从 事 结 构 工 程 方 面 的 研 究 。Ｅｍａ ：ｈｎｍｉｇ ｉ ｘ—ｄ ｃｒ．ｎ １６ ， 工 副 — ｉ ｃ ｅｇ ｎ —＠ ｄａ ．ｏ ｃ ｌ ｌ ｎ
Ｓ Ｓ程 序找 形计 算 的准 确 性 。对 于 比较 长 的单 索 ， Ｙ
例如斜 拉 桥 、 索 桥 、 道 等 ， 大 变 形 柔 性 结 构 ， 悬 索 是 其 受力 分析 属 于几 何 非 线 性 问 题 ， 主要 表 现 为 ： 在 几何 上 为大 变 形 ， 有 很 强 的几 何 非 线 性 ； 根 拉 具 每
段 ｌ ｋ０单 元组成 的悬 链线 索单 元模 型 。通过算 例 ｉ ｌ ｎ
计 算结果 表 明采 用多 段 ｌ ｋ ０单 元模 拟悬链 线 索单 ｉ ｌ ｎ 元 精度 高 ， 可应用 于工 程实 践 。
２ 索 结构 基 本 假 设 和 找 形 步 骤
２ １ 索 结构基 本假 设 Ａ ＹＳ的实现 ． ＮＳ
参数 ， 因此 ， 工作 阶段 的几何状 态一般 是难 以事先确 定 的， 其 必须通过找 形 来确 定。本 文总结 出 了利用 Ａ Ｓ Ｓ对 ＮＹ
索结 构 进 行 找 形 的 步骤 ， 通 过 计 算 实例 ， 证 了 Ａ Ｓ Ｓ程 序 找 形 计 算 的 准 确 性 。 对 于 比较 长 的单 索 ， 如 斜 拉 并 验 ＮＹ 例 桥 、 索桥 、 道 等 ， 有很 强 的 几 何 非 线 性 ， 垂度 的 影 响 是 不 可 忽 略 的 。然 而 ， Ｎ Ｙ 悬 索 具 其 Ａ Ｓ Ｓ软 件 单 元 库 不 包括 曲线 索 单 元 ， 用二 节 点 直 杆 单 元 来 模 拟 索 单 元 仅 在 索 长 度 不 太 大 的 情 况 下 满 足 要 求 。 基 于 此 ， 文提 出 了采 用 多段 利 本 ｌ ｋ０单元 来模 拟 悬 链 线 索单 元 。 最 后 通 过 算例 模 拟 悬链 线 索单 元 ， 证 由 多段 ｌ ｋ ０单 元 模 拟 悬 链 线 索 单 元 计 ｉ ｌ ｎ 验 ｉｌ ｎ
【 作者简介 】 杨
有 限元分 析 理 论 把 索 看 成 是 由一 系 列 相 互 连
Leabharlann Baidu
接 的索段 组成 ， 段 之 间 以节 点 相 连 。 因此 进 行 索 索
钦 （９ ４一） 男 ， １８ ， 工学硕 士 ， 结构工程 师。从事 结构工程方面 的研究 。Ｅｍａ ：ｉ ｙｎ＠ｘ —ｄ ｃｍ．ｎ — ｉ ｑｎ ａｇ ｄａ． ｏ ｅ ； ｌ —
初 始几何 形 态 ， 要 满 足 初 始 假 设 的 预 应 力 分 布 ， 又 这 用传统 的结构 力 学方 法 是 难 以完 成 的 ， 能 采 用 只
迭代 法 ， 过 几 何 形 状 和 预 应 力 分 布 的 逼 近 来 实 通 现 。现在 常 用 的力 密度 法 、 力 松 弛 法 、 线 性 有 动 非 限元 法均 是 通 过 迭 代 计 算 实 现 这 一 点 。本 文 通 过 有 限元软 件 Ａ Ｓ Ｓ对 索结 构 进行 找形 分析 ， 结 出 ＮＹ 总 索结 构进 行 找 形 步 骤 ， 通 过 计 算 实 例 ， 证 Ａ — 并 验 Ｎ
第 ２卷
第 ４期
Ｖｏ ． Ｎｏ． １２ ４ Ｄｅ ． ｃ ２０１ ０
２１ ０ ０年 １ ２月
ＡＮＳ ＹＳ索 结 构 找 形 及 悬 链 线 的 模 拟
杨 钦 李承铭
（ 海现 代建 筑设 计 （ 团） 限公 司） 上 集 有
【 摘 要 】索结构的形 态确定是一 个非 线性 大位 移问题 。 由于 索结构的形状确定和预 应力分布是 一对相互影响 的
算方法的可行性和准确性 。
【 关键词 】索单元 ； 非线性 ； 找形 ； 悬链 线 【 中图分类号 】 Ｕ ５ Ｔ ３１ 【 文献标志码 】Ａ 【 文章编号 】１７ ７ ６ （００ ０ ０６ — ５ ６ ４— ４ １ ２ １ ）４— ０ １ ０
索 的索 长较 大 ， 自重 垂 度 不 容 忽 略 。针对 拉 索 结 其