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荷载作用下斜拉桥上部结构的几何位置变化

  结构大变形效应,在荷载作用下斜拉桥上部结构的几何位置变化显著。从有限元法的角度来说,结点坐标随荷载的增量变化较大,各单元的校度、倾角等几何特性也相应产 生较大的改变,结构的刚度矩阵成为几何变形的函数,因此,平衡方程=[K]{W不再是线性关系,小变形假设中的叠加原理也不再适用0


  解决上述矛盾的方法是在计算应力及泛力时计入结构位移的影晌,也就是位移理论。平衡条件是根据变形后的几何位置给出的,荷载与位移并不再保持线 性性质。内力与外荷载之间的正比关系也不再存在由于结构大变位的存在,产生了与荷载增量不成正比的附加应力。


  附加应力的计算可以采用逐步逼近的方法>根据结构初始几何状态,采用线性分析的方法求出结构内力和位移,使用带动坐标的混合法对几何位置加以修正 ,这时各单元的刚度矩阵也相应有所变化。利用变形后的刚度矩阵和结点位移求出杆端力。由于变形前后刚度不苘,产生了结点不平衡荷载,将此不平衡荷 载怍为结点外荷载作用于结点上再次计算结构位移,如此迭代直至不平衡荷载小于允许范围为止。


  迭代过程中的初始荷载和每次迭代时的不平衡荷载都是以增量的形式加载的。在每个荷载增量加载期间假设刚度矩砗为一常数,即增量区间的左端点处对 应的刚度矩阵。求解平衡方程,得出该荷载增下的位移增量。

桥梁充气芯模.jpg

  由此可以在该荷载增量区间末对结构的几何位置进行修正,用于下一个荷载增量计算这样,每次荷载增量下的结构刚度矩阵和杆端力计算都与当时的几何 位置相对应,虽然在各荷载増量加载过程中作了线性假设,但只要荷载分得足够细,迭代次数足够多,就可以用这种分段线性来代替大变形引起的非线性 。


  1.索两端的相对运动受到索本身三个因素的影响:


  (1)索受力后发生的弹性应变受索材料的弹性模控制。


  (2)索的垂度变化与材料应力无关,完全是几何变化的结果,受索内张力、索的长度和重力控制抗拉刚度随轴力的变化而变化,索的拉力若为零或受压,则 抗拉刚度变为零。垂度变化与索的拉力不是线性关系。


  (3)在荷载作用,索中各股钢丝作相对运动、重新排列的结果使横截面更为紧密。这种变形引起的伸长叫构造伸长,大部分是永久持续的,它发生在一定的 张力以下,所以可在缆索的制作过程中,采用预张拉的办法预以消除,而非永久性的伸长可以通过折减的有效弹性模量。除了大变形外,斜拉索垂度变化 和弯矩轴向力相互作用引起的非性效应都和结构的几何变形有关。此处把以上效应均归入几何非线性的范畴,所以把儿何非性直接称为大变形非线性是不 够全面的。


  2.垂度效应


  考虑是独立于索内张力的量,考虑斜拉索非线性变化的简便方法是把它视为与它的弦长等长度的桁架直杆,其等效弹性模量包括材料变形、构造伸长和垂 度变化三个因素的影响,斜拉索的单元刚度矩砗和平面杆件系统的单元刚度矩阵基本一致,唯斜拉索单元采用的是等效弹模长度。重庆君正新型复合材料有限公司生产的产品有橡胶水袋、背包水袋、车载水袋、管道封堵气囊、闭水试验气囊、充气内模、桥梁充气芯模、桥梁预压水袋、软体水池水罐、充气式千斤顶等。其中桥梁充气芯模,充气内模是主要产品,其设计科学合理,采用内拉筋方式,内胆加外套。一次成型,尺寸准确,外观效果好。材料选用符合国标的橡胶复合材料生产,用氯丁橡胶、天然橡胶与锦纶布先期复合而成,后用硫化工艺后制成。既有很好的抗胀强度,又有弹性和柔韧性,抗高温并有良好的脱离性能,同时也具有良好的耐老化,耐磨性能,使用寿命长。单个产品能使用80-120次左右。


  3.弯矩与轴向力的组合效应


  斜拉桥的斜拉索拉力使其它构件处于弯矩和轴向力组,合作用下这些构件即使在材料满足虎克定律的情况下也。会呈现非线性特性。构件在轴向力作用下 的横向挠度会引起附加弯矩,而弯矩又影响轴向刚度的大小,此时叠加原理不再适用但如果构件承受着一系列的横向荷载和位移的作用,而轴向力假定保 持不变,那么这些横向荷载和位移还是可以叠加的。因此,轴向力可以被看作为影响横向刚度的一个参数,该参数对横向刚度的影响确定下来,就可以采 用线性分析的方法进行近似计算。


  对弯矩和轴向力的组合效应的处理方法是引进稳定性函数的概念,用此函数对刚度矩阵加以修正后再实施线性计算。一个同时承受轴向力和横向荷载的构件 方,杆端约束为任意的。


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点击次数:  更新时间:2018-03  【打印此页】  【关闭