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行業新聞

荷載作用下斜拉橋上部結構的幾何位置變化

  結構大變形效應,在荷載作用下斜拉橋上部結構的幾何位置變化顯著。從有限元法的角度來說,結點坐標隨荷載的增量變化較大,各單元的校度、傾角等幾何特性也相應產 生較大的改變,結構的剛度矩陣成為幾何變形的函數,因此,平衡方程=[K]{W不再是線性關系,小變形假設中的疊加原理也不再適用0


  解決上述矛盾的方法是在計算應力及泛力時計入結構位移的影晌,也就是位移理論。平衡條件是根據變形后的幾何位置給出的,荷載與位移并不再保持線 性性質。內力與外荷載之間的正比關系也不再存在由于結構大變位的存在,產生了與荷載增量不成正比的附加應力。


  附加應力的計算可以采用逐步逼近的方法>根據結構初始幾何狀態,采用線性分析的方法求出結構內力和位移,使用帶動坐標的混合法對幾何位置加以修正 ,這時各單元的剛度矩陣也相應有所變化。利用變形后的剛度矩陣和結點位移求出桿端力。由于變形前后剛度不苘,產生了結點不平衡荷載,將此不平衡荷 載怍為結點外荷載作用于結點上再次計算結構位移,如此迭代直至不平衡荷載小于允許范圍為止。


  迭代過程中的初始荷載和每次迭代時的不平衡荷載都是以增量的形式加載的。在每個荷載增量加載期間假設剛度矩硨為一常數,即增量區間的左端點處對 應的剛度矩陣。求解平衡方程,得出該荷載增下的位移增量。

橋梁充氣芯模.jpg

  由此可以在該荷載增量區間末對結構的幾何位置進行修正,用于下一個荷載增量計算這樣,每次荷載增量下的結構剛度矩陣和桿端力計算都與當時的幾何 位置相對應,雖然在各荷載増量加載過程中作了線性假設,但只要荷載分得足夠細,迭代次數足夠多,就可以用這種分段線性來代替大變形引起的非線性 。


  1.索兩端的相對運動受到索本身三個因素的影響:


 ?。?)索受力后發生的彈性應變受索材料的彈性??刂?。


 ?。?)索的垂度變化與材料應力無關,完全是幾何變化的結果,受索內張力、索的長度和重力控制抗拉剛度隨軸力的變化而變化,索的拉力若為零或受壓,則 抗拉剛度變為零。垂度變化與索的拉力不是線性關系。


 ?。?)在荷載作用,索中各股鋼絲作相對運動、重新排列的結果使橫截面更為緊密。這種變形引起的伸長叫構造伸長,大部分是永久持續的,它發生在一定的 張力以下,所以可在纜索的制作過程中,采用預張拉的辦法預以消除,而非永久性的伸長可以通過折減的有效彈性模量。除了大變形外,斜拉索垂度變化 和彎矩軸向力相互作用引起的非性效應都和結構的幾何變形有關。此處把以上效應均歸入幾何非線性的范疇,所以把兒何非性直接稱為大變形非線性是不 夠全面的。


  2.垂度效應


  考慮是獨立于索內張力的量,考慮斜拉索非線性變化的簡便方法是把它視為與它的弦長等長度的桁架直桿,其等效彈性模量包括材料變形、構造伸長和垂 度變化三個因素的影響,斜拉索的單元剛度矩硨和平面桿件系統的單元剛度矩陣基本一致,唯斜拉索單元采用的是等效彈模長度。重慶君正新型復合材料有限公司生產的產品有橡膠水袋、背包水袋、車載水袋、管道封堵氣囊、閉水試驗氣囊、充氣內模、橋梁充氣芯模、橋梁預壓水袋、軟體水池水罐、充氣式千斤頂等。其中橋梁充氣芯模,充氣內模是主要產品,其設計科學合理,采用內拉筋方式,內膽加外套。一次成型,尺寸準確,外觀效果好。材料選用符合國標的橡膠復合材料生產,用氯丁橡膠、天然橡膠與錦綸布先期復合而成,后用硫化工藝后制成。既有很好的抗脹強度,又有彈性和柔韌性,抗高溫并有良好的脫離性能,同時也具有良好的耐老化,耐磨性能,使用壽命長。單個產品能使用80-120次左右。


  3.彎矩與軸向力的組合效應


  斜拉橋的斜拉索拉力使其它構件處于彎矩和軸向力組,合作用下這些構件即使在材料滿足虎克定律的情況下也。會呈現非線性特性。構件在軸向力作用下 的橫向撓度會引起附加彎矩,而彎矩又影響軸向剛度的大小,此時疊加原理不再適用但如果構件承受著一系列的橫向荷載和位移的作用,而軸向力假定保 持不變,那么這些橫向荷載和位移還是可以疊加的。因此,軸向力可以被看作為影響橫向剛度的一個參數,該參數對橫向剛度的影響確定下來,就可以采 用線性分析的方法進行近似計算。


  對彎矩和軸向力的組合效應的處理方法是引進穩定性函數的概念,用此函數對剛度矩陣加以修正后再實施線性計算。一個同時承受軸向力和橫向荷載的構件 方,桿端約束為任意的。


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