[发明专利]一种用于部分斜拉桥中索鞍区域的应力计算方法

说明书

本发明公开了一种用于部分斜拉桥中索鞍区域的应力计算方法。在相邻的分丝管之间建立第一弹簧单元，分丝管与索塔/桥梁之间建立第二弹簧单元。应力计算方法包括根据分丝管的设计参数建立有限元模型，并在有限元模型中多次调整第一弹簧单元、第二弹簧单元的刚度，进而对各节点的位移量进行累加，得到各分丝管对混凝土的第二下压力，将第二下压力施加到鞍座的实体有限元模型中，从而得到索鞍区域的应力分布。本发明采用非线性弹簧单元来模拟分丝管与分丝管之间、分丝管与混凝土之间的接触作用，易进行程序编制，可以在付出较小的计算代价下，得到较为准确的计算结果。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种用于部分斜拉桥中索鞍区域的应力计算方法。

背景技术

近年来，部分斜拉桥得到了较为广泛的推广，并以其独特的力学特性及美学价值成为了100～300m跨径之间极具竞争力的桥型之一。目前，国内外已建成部分斜拉桥的拉索体系多采用分丝管索鞍体系，分丝管的选材、构造、管件连接方式、几何排布均会影响到索鞍的传力效果及索塔的局部受力和配筋，直接决定主塔上索距和结构尺寸的合理性。

现行的桥梁规范尚没有关于用于部分斜拉桥分丝管的检验标准。现有技术中为了明确分丝管周边主塔混凝土的空间受力状况、保障索塔内局部区域配筋合理性，在进行设计时多采用空间有限元模型进行受力分析。对于分丝管处模拟，目前多采用将分丝管耦合成一个整体的模拟方法，但实际上，分丝管之间除外围满焊外，内部任意两根管之间均为段焊，分丝管之间并未形成整体，这种模拟方式不能考虑分丝管之间摩擦滑动后导致的应力重分布，同时整个拉索对混凝土的上缘产生了较大的拉应力，因此整体计算结果是不安全的。现有技术中另一种可能的计算方法是完全不考虑分丝管之间的段焊，计算时通过设置分丝管与分丝管之间的摩擦系数、分丝管与混凝土之间的摩擦系数来考虑分丝管与分丝管之间的相互作用，这种模拟方式能够很好的反应处分丝管与分丝管滑动后所带来的应力重分布，但这种计算方法的边界条件复杂，计算难以收敛，难以用于工程实际。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于部分斜拉桥中索鞍区域的应力计算方法，能够解决现有技术中应力计算不准确或不实用的问题，可以在付出较小的计算代价下，得到较为准确的计算结果。

具体地，本发明提供了一种用于部分斜拉桥中索鞍区域的应力计算方法，所述部分桥梁包括桥梁和立设在所述桥梁上的索塔，所述桥梁与所述索塔之间连接有多个分丝管，相邻的所述分丝管之间设置有第一弹簧单元，所述分丝管与所述索塔之间设置第二弹簧单元；

所述应力计算方法包括：

S1：根据索力及拉索的角度，确定每个所述分丝管道的第一下压力；

S2：获取所述分丝管的设计参数；

S3：根据所述分丝管的设计参数计算所述分丝管的轴向压缩刚度和切向刚度；

S4：根据所述轴向压缩刚度、所述切向刚度以及所述第一弹簧单元、所述第二弹簧单元的坐标建立有限元模型；

S5：在所述有限元模型中，施加所述第一下压力数值的1/1000，计算节点位移的结果；

S6：将步骤S4、S5重复1000次，对各节点的位移量进行累加，并根据节点位移量得到各分丝管对混凝土的第二下压力；

S7：将所述第二下压力施加到鞍座的实体有限元模型中，从而得到索鞍区域的应力分布。

可选地，步骤S2中获取所述设计参数的方式为在CAD软件中绘制分丝管构造、第一弹簧单元和第二弹簧单元，自动读取相应的所述设计参数。

可选地，所述设计参数至少包括所述分丝管的管道直径、管道壁厚和管道位置。

可选地，步骤S3中根据所述分丝管的设计参数先建立平面应变单元，并根据所述平面应变单元计算所述分丝管的轴向压缩刚度和切向刚度。