一種懸索橋索力優化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于橋梁工程技術領域，涉及到懸索橋，特別涉及到懸索橋索力優化。
【背景技術】
[0002]懸索橋具有較強的幾何非線性，懸索系統在無應力狀態下是無法成形的，只有在荷載和索力作用下，纜索系統構形才能穩定，滿足平衡方程。纜索系統最終穩定的構形是在相應荷載下的理想線形，理想線形對應著理想索力，即這個“找形”的過程也就是索力優化的過程。
[0003]很多學者對懸索橋索力優化或“找形”展開研宄。目前常用的方法有非線性纜索單元法和多段桿單元迭代法。非線性纜索單元法以懸鏈線單元為基礎，推導了纜索單元剛度矩陣，將主纜剖分為懸鏈線單元。多段桿單元迭代法是將主纜剖分為多段的直桿單元，通過多次迭代，收斂于最終結果。
[0004]楊俊等在《基于影響矩陣法的自錨式懸索橋施工張拉力確定》一文中應用影響矩陣法計算自錨式懸索橋施工過程張拉力，王戰國等在《自錨式懸索橋吊桿索力優化的影響矩陣法》一文中應用影響矩陣法調整自錨式懸索橋吊桿索力。二者在形成影響矩陣時都沒有考慮荷載初始剛度，非線性顯著，收斂速度慢。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種懸索橋索力優化方法，這種方法概念清楚，收斂速度快。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]一種懸索橋索力優化方法，步驟如下:
[0008]第I步，建立有限元模型，定義懸索橋的恒載和索力可變荷載；其中恒載包括結構自重W1、二期恒載W2和初始索力C C1;索力可變荷載是可調整的索力C v。
[0009]第2步，計算在恒載作用下懸索橋結構的反應值Ad;
[0010]第3步，計算在恒載和可調整的索力Cvi，i = l,2,...，η作用下懸索橋結構的反應值 Ad+Vi;
[0011]第4步，通過Avi= A d+v1-Ad，得到在調整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下懸索橋結構的反應值；
[0012]第5步，重復上述步驟，得到影響矩陣[A] = [AvlAv2...Avn] ο
[0013]第6步，按線性結構，通過[A]X = D計算索力，X1= [Α] ―1 (D-D。) Cv，其中，D為目標向量，D0= A d，即懸索橋在恒載下的反應值，Cv是可調整索力向量；
[0014]第7步，將&帶入有限元模型，計算懸索橋在恒載和X i作用下的結構反應D 1；
[0015]第8步，通過影響矩陣，計算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv;
[0016]第9步，將&帶入有限元模型，計算懸索橋在恒載和X 2作用下的結構反應D 2;
[0017]第10步，重復第二步?第四步，直到I ID-DiI |〈ε，得到最終的理想索力X。
[0018]本發明的有益效果:該方法在恒載剛度的基礎上，形成了懸索橋結構的影響矩陣，之后通過迭代分析，得到懸索橋理想索力。本發明提供了一種懸索橋索力優化方法，這種方法概念清楚，收斂速度快。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明方法流程圖。
[0020]圖2是某懸索橋。
[0021]圖中主纜；2吊桿；3主梁。
【具體實施方式】
[0022]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0023]懸索結構中，有4段主纜，3個吊桿。主梁和主纜跨度均為20m。主纜的截面面積為1.398X 10-?2,吊桿的截面面積為8.84X 10_3m2，二者抗彎慣性矩為0，不承擔彎矩。主纜和吊桿采用高強平行鋼絲，材料彈性模量為1.9X 105MPa。主梁的截面面積為0.84m2，抗彎慣性矩為5.488 X 10?4,采用Q345鋼材，材料彈性模量為2.1 X 15MPao在主梁作用均布荷載 20KN/m。
[0024]設置主纜和吊桿初始索力C。= 100KN，主纜可調索力為10000KN，吊桿可調索力為1000KN。于是影響矩陣為
[0025]經過4輪迭代后I |D-D4| I〈0.01，優化結果
[0026]X4= [-6386.26，3579.63，3568.88，-6385.14，34855.19，141.06，34849.18] τ。
【主權項】
1.一種懸索橋索力優化方法，其特征在于，步驟如下: 第I步，建立有限元模型，定義懸索橋的恒載和索力可變荷載；其中恒載包括結構自重W1、二期恒載W2和初始索力C C1;索力可變荷載是可調整的索力Cv; 第2步，計算在恒載作用下懸索橋結構的反應值Ad; 第3步，計算在恒載和可調整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下懸索橋結構的反應值Ad+vi; 第4步，通過Avi= A d+v1-Ad，得到在調整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下懸索橋結構的反應值； 第5步，重復上述步驟，得到影響矩陣[A] = [AvlAv2...Avn]； 第6步，按線性結構，通過[A]X = D計算索力，X1= [A] H(D-Dtl)Cv,其中，D為目標向量，D0= A d，即懸索橋在恒載下的反應值，Cv是可調整索力向量； 第7步，將&帶入有限元模型，計算懸索橋在恒載和X i作用下的結構反應D 1； 第8步，通過影響矩陣，計算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv; 第9步，將&帶入有限元模型，計算懸索橋在恒載和X 2作用下的結構反應D 2; 第10步，重復第二步?第四步，直到I ID-DiI < ε，得到最終的理想索力X。
【專利摘要】本發明提供了一種懸索橋索力優化方法，屬于橋梁工程技術領域，涉及到懸索橋，特別涉及到懸索橋索力優化。該方法在恒載剛度的基礎上，形成了懸索橋結構的影響矩陣，之后通過迭代分析，得到懸索橋理想索力。本發明提供了一種懸索橋索力優化方法，這種方法概念清楚，收斂速度快。
【IPC分類】E01D19/16, G06F17/50, G06F19/00
【公開號】CN104899377
【申請號】CN201510312423
【發明人】王會利, 張哲 , 秦泗鳳, 黃才良, 譚巖斌, 李盛洋
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月8日