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非對稱型斜拉橋實例

  非對稱型斜拉橋實例


  通過對一座非對稱型斜拉橋進行實例電算,并將其結果與國外文獻結果進行比較可知,文獻中非線性處理方法與本節有相似之處,如采用等效彈性模暈考慮垂度效應和引入穩定性函數修芷結構剛度矩陣來計入彎矩和軸向力組合效應等,但對于大變形效應,文獻中1采用的是用幾何非線性傳遞系數修芷剛度矩陣的方法計入的。


  全橋的單元劃分及結點編號詳見所樂,荷載情況為恒載加初始素力,初始索力是根據文獻的索力計算結果給定的。


  結點的約束條件為:1和12結點處設置拉力支座,豎向位移為零;10結點處豎向位移也受到約束;8結點姓水平和豎向位移均受到約束。通過計算獲得索力的較終值、主梁結點位移、彎矩、剪力以及各單元軸力值靡此結果繪出的主梁豎向位移圖、彎矩圖、剪力圖和軸力圖。


  由于文獻只給出了索力及主梁上幾個關鍵點處的位移、彎矩值,因此,不能作出相應的位移圖和彎矩圖與進行比較,現只是將這幾個關鍵點處的結果加以比較。


  全橋的單元劃分及結點編號,結點約束條件為:8、1、21等結點豎向位移受約束,14結點的水平、豎向位移以及角位移受約束。


  當各指示變量NCA、NCN和NBD陚值為0時,程序在計算過程中將不考慮相應的非線性效應的影響,賦值為1時則考慮。這樣就可以分別忽略這三個非線性效應進行計算,甚至全部忽略各效應,得到線性計算結果,再與考慮諸因素影響的非線性計箅結果加以比較,從而作出定量分析。

橋梁充氣芯模.jpg

  不考慮彎矩與軸向力組合效應的計算結果與非線性結果很接近,只是結點處的彎矩產生了9*6%和13*5%的偏差,它主要與組合效應的成因有關。從彎矩和袖向力組合效應的成因來看,該項非線性特性的產生原因為。


 ?。?)由于斜拉索強大拉力的存在,使大多數沿構件承受著很大的軸向壓力,它將產生較大的橫向撓度,引起附加彎矩。


 ?。?)由于可觀的彎矩的存在影響軸向剛度的大小。


  實際計算表明,在恒載作用下索力及彎矩值并不是很大,還不足以產生很大影響。但如果跨徑增加,斜拉索拉力增大,在使用荷載作用不,這種組合效應還是不容忽視的。


  忽略大變形效應結果比較,忽略大變形效應是取消每次迭代后對結構幾何位置的修正,結構剛度矩陣不受變形大小的影響,裎序中變量指示NBD陚值為0。綜合上述在恒載作用下的幾何非線性定量分析垮比較可以得知:在恒載作用下,斜拉索拉力不論是在忽略何種非線性效應的情況下都只表現出很小的偏差但主梁的豎向位移及彎矩在恒載情況下受非線性的影響較大,線性結果與非線性結果誤差已超過工程允許范圍,因此在設計中考慮非線性影響是完全必要的。


  從各非線性效應的影響程度來肴,斜拉索垂度效應的影響較顯著,以豎向位移比較為例,結點凹處忽略垂度效應計算出的結果與非線性結果偏差達37%,而忽略其它兩種效應計算出的結杲與非線性結果偏茺都在5%以下。其次影響較大的是大變形效應,影響較小的是彎矩與軸向力的組合效應。


  此外,這二個非線性效應對主梁豎向位移及彎矩的影響是趨于同一方向的,即分別忽略各效應計算出的結果與非線性結果的偏差方向相苘,這就是說,完全忽略各效應計算出的結果其誤差更大。


  采用先忽略所有非線性效應計算一次,得到完全線性分析的結果。再綜合考慮三個非線性效應計算出非線性分析的結果,從而得出施加外荷載情況下的線性每果與非線性結果之比,然后把恒載怍用下的非線性影響大小施加外荷載后,非線性影響較恒載情況F要小得多,除豎向位移很小的結點外,其余結點處的豎向位移,其線性結果與非線性結果相差都在5%左右。結點彎矩方面,除彎矩很小的結點5外,其佘結點的彎矩*其線性與非線性結果相差較小,較大的小于11%。相比較而在恨載作用下。不論是豎向位侈還是結點彎矩,線性與非線性結果的偏差都大得多,其原因在于斜拉索的非線性特性關系。


  由干斜拉索垂度效應是兒何非線性較i要的來源,因此斜拉索等效彈性模量及拉力的變化直接影響著非線性的大小,表心8給出了上述兩種不同荷載情況下斜拉索拉力的大小及等效彈性模量的變化。


  說明斜拉索等效彈性模量在恒載情況下變化較大,這就解釋了中揭示的在恒載作用下非線性影響比施加外荷載時大得多的現象在恒載變形之后,斜拉索等效彈性模量逐漸趨于一個穩定值,在幾何非線性各效應中起主要作用的垂度效應逐漸減小,結構剛度矩陣的變化會很小,這就意味著在恒載計算完成之后,可以用線性分析的手段進行活載近似計算,從而可減少計算量。


  斜拉索的強大拉力對主梁構件產生了很大的軸向壓力,彎矩的大小通常也會由于橋梁跨徑的增大而增大,而彎矩和軸向力的組合效應影響也會隨之增大。大變形效應主要是因為斜拉橋上部結構在荷載作用下產生了較大的變形,而跨徑的增大必然引起結構變形的增加,從而加劇大變形效應的影響。


  綜上所述,斜拉橋跨徑越大,幾何非線性表現得越突出,結構分析與設計中考慮幾何非線性的影響就顯得十分必要。



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