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彎曲能量最小法確定斜拉橋合理成橋索力.pdf

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2014年第 2期(總 196期 ) 安 徽 建 筑 交 通 工 程 研 究 與 應 用 安 徽 建 筑 田 彎 曲能量最小法確定斜拉橋合理成橋索力 Determining of Rational Completion Cable Forces of Cable-Stayed Bridges by Minimum Bending Energy M ethod 楊希堯 ,楊樹 萍 ,蔡敏 (1.合肥工業大學土木與水利工程學院 ,安徽 合肥 230009;2.浙江水利水電??茖W校 ,浙江 杭 州 310018) 摘 要 :斜拉橋成橋恒載內力的分布對其結構體系的好壞有重大的 影響。斜 拉橋恒栽 內力的優 化過程也是一 個設計 過程。文章介紹 了基 于 Midas/Civil 2010有 限元軟 件 。以某獨塔 斜拉橋 為工程 實例 ,利 用 彎曲能量最 小法確 定斜拉 橋合理 成橋 索力,并與測定 的實際成橋 索 力進 行對比分析 ,確 定彎曲能量最 小法的的實用性。 關鍵 詞 :斜拉橋 ;索力優化;彎曲能量 中圖分類號 :U441 文 獻標識碼 :A 文章 編號 :1007-7359(2014)02— 01 12一O2 0 前 言 斜拉 橋設計 的首要任 務就是 確定該 橋合理 成橋 狀態 ,然 后基 于該 成橋狀態做進一步 的分 析 ,選擇科學且 安全 的施工 過程 ,使得斜拉橋在 成橋 時達到理想 的受力狀態 。合理 的成橋 恒 載受力 狀態指的是斜拉橋施工完成 之后 ,在 自重 、斜拉索拉 力 以及橋面鋪裝等恒載作用下 ,其結 構 內力達到 預期 的狀態 1 基 于 Midas/Civil的彎 曲能量最小 法應用 斜拉橋 的索力優化 方法 中無約束 的索力優化法 ,典型例 子就是彎 曲能量最小法_3]。 定理 :在斜拉 橋結構 中 ,令結 構單元 的 層卜,0或 者 EA— ,則斜拉橋一 次落架時的 內力狀態與把結構彎 曲能量 最小作 為調索 目標 時的內力狀態是一致 的。 證 明 :建立結 構體 系的 目標 函數 是為了得到斜拉 橋的合 理索力 的第一步 。對于 目前實 際工程 中采 用常規材料建造 的斜拉橋 ,主梁和索塔截面 的尺 寸大小主要 由相應 的彎矩控 制 ,所 以結構承受彎矩所需要 的材料用量大很 多 ,因此 用結構 體 系的彎 曲應 變能作 為結構經 濟指標 的衡 量標準是 可行 的 彎 曲能量最小法是 以結構體 系的彎曲應變能作 為 目標 函 數 ,使結構彎 曲應變 能達 到最 小 ,以此來 得到優化 的 目的。把 結構體 系的彎曲應 變能作為 目標 函數 ,對于離散 的桿 系結構 的彎 曲應 變能如(1)式所 示。 ’=’ 1 , — 了 (1) i = 1 ‘L ‘』I 式 中:z 、巨 、 、 分別表示為某個 i單元 的長度 、彈性模 量 、抗彎慣性矩 以及彎矩 。根據斜拉橋索力優化 的影 響矩陣法 及其應用方法的理論推導,對結構做一次落架計算 ,忽略剪力 影響 ,方程可寫成式 (2): 如 ]+【∑』 + l+l∑』 2 1 r 一 1\ () 該方程包括彎矩項 和軸力項兩部分。假如人 為將各單元的 抗 彎剛度縮 小為 E. ( 為某較大的數 ,如 10000),做一次落 架計算 ,此時相對于彎矩項而言,軸力項就可 以忽略不計??梢?有以下結論:將結構體系的各單元抗彎剛度人為的縮小 ∈n倍后 做一次落架計算 ,得到的索力結果就是結構體系彎曲能量最小 時的索力 ,此時 的內力結果就是結構體系在彎曲能量最小時的 成橋 內力 。類似 的,將各單元軸 向剛度擴大 為 E.4. .( 為某較 大 的數 ,如 10000),再做一次落架計算 ,也能起 到同樣的效果 。 對 于通過彎 曲能量最小法得到 的成橋索力結果 ,還需要局部調 整單元 抗彎剛度 、支撐剛度 以及斜拉索 的抗壓剛度 ,進一 步優 化結構 內力得到的斜拉橋索 力結果 ,可將其作為斜拉橋合理成 橋狀態時的索力 。 曇 .0 -)'男,安徽黃山人.A肥工業大學在讀碩士, 21988 案例分析 作者簡介:楊希堯( 一),男,安徽黃山人,合肥工業大學在讀碩士, 采 u 】 I 研究方向 :城市道路 與橋 梁。 (下轉第 193頁) 雖 ∑ ∑
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