悬索桥有限元计算的三节点空间鞍座单元

为了进行空间缆索悬索桥主缆与塔顶鞍座间接触非线性的计算,开发了包括塔顶鞍座及两侧主缆在内的三节点空间鞍座单元.基于空间悬链线理论及主缆与鞍座的几何关系,对单元进行状态求解,得到主缆与鞍座的切点位置及切点索力,根据静力平衡条件计算单元精确的节点力;由增量代替微分,根据切线刚度矩阵的定义计算单元刚度矩阵的元素.空间鞍座单元自动满足主缆与鞍座相切,通过修改一个参数可实现鞍座顶推的计算.计算表明:计算结果与数值解析解结果完全相同,收敛速度较快,在每次状态求解时,迭代次数在12次以内.

两种新单元在悬索桥有限元计算中的应用

为实现索与鞍座间接触非线性计算,开发了可用于悬索桥有限元计算的2种新单元:鞍座单元和锚跨单元,其中鞍座单元用于主缆和塔顶鞍座的接触非线性计算,锚跨单元用于锚跨分散索股及边跨主缆与散索鞍的接触非线性计算。根据空间悬链线理论及索与鞍座的几何关系,推导出精确的单元节点力。以增量代替微分,根据刚度矩阵的定义,推导出单元的切线刚度矩阵。编制了包含2种新单元在内的悬索桥几何非线性有限元程序。计算表明:2种新单元计算精度高、收敛速度较快,解决了悬索桥索与鞍座间接触非线性的计算难题。

悬索桥施工过程精细化分析研究

随着悬索桥跨径的增大,主缆恒载索力所占的比重也随之增大,而安全系数又逐渐减小,因此,有必要对悬索桥的施工过程进行更为精确的分析。为此,首先完善了基于悬索精确解析解的索单元,提出了能自动满足主缆与鞍座相切且主缆无应力长度保持不变这两个重要条件的、能方便模拟各种鞍座及其顶推的鞍座-索单元,并根据悬索桥施工计算的特点,提出了在一个荷载步内将不平衡力分级施加的非线性方程求解新算法,最后将数值解析法与有限元法有机地结合起来进行悬索桥理想恒载状态的求解。计算表明,该方法是精确而有效的,可用于采用各种方法施工的悬索桥施工过程的精确分析和施工方案的优化,也为悬索桥的施工控制奠定了良好的基础。

悬索桥有限元模拟的三种实用方法

为解决悬索桥有限元模拟与施工控制相结合的难题,介绍一种鞍座顶推单元的模拟方法,将对施工控制的顶推力及顶推位移提供便利性;考虑倒拆与正装分析存在的不闭合现象,提供一种温度补偿方法解决这一难题;此外,为减少施工期间吊杆力的调整次数,利用有限元模拟中吊杆单元类型的组合转换方法加以实现。