2014年7月上第43卷第13期
DOI;10. 7672/sgjs2014130137
工技术施
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
刚性单元在缆索承重桥梁建模中的应用
张飞进
海口570206）
（海省公路勘察设计院，海南
【摘要】针对缆索承重桥架中的成桥索力确定、悬索桥主缆初始内力计算两个特殊间题，从力学的角度出发，推导并得出利用性单元处理这些间题所具有的优势。通过比较发现，相较于其他方法，采用刚性单元处理这类间题具有建模工作量小，不需要选代，得到的结果精确等特点。最后通过两个算例对比说明了刚性单元法在处理这两类间题时与传统方法相比的优势所在。
【关键调】桥梁工程；索力；刚性单元；建模；最小应变能法
[中图分类号】U455.43
【文献标识码】A
【文章编号】1002-8498(2014)13-0137-04
ApplicationofRigidElementsinCable-stayedBridgesModeling
Zhang Feijin
(Hainan Province Highway Survey and Design Institute, Haikou, Hainan 570206, China)
Abstract: ln this paper, according to two particular problems of the determining of the cable-supported bridges' cable tension under bridge finished state and the suspension bridges' main cable' s initial forces under dead load, from the viewpoint of structural mechanics, the advantages of adopting the rigid element method to deal with these problems were derived. Compared with traditional methods, the rigid element method has such characteristics, including small modeling work, no iteration and acquiring accurate result. Finally, these advantages have been illustrated by two numeric examples.
Key words:bridges; cable tension; rigid element;modeling; minimum strain energy method
与其他桥型不同，缆索承重桥梁具有超静定次
数高、儿何非线性强的特点，合理成桥吊杆力的确定、悬索桥主缆成桥状态内力这两个问题都是缆索承重桥梁建模时需要重点考的。对于前者，其关系到桥梁成桥后的内力状态；后者则关系则到悬索桥成桥建模正确与否(13)。因此，二者一直是相关研究的热点问题。
缆索承重桥梁成桥索力的确定方法很多，如零位移法、最小弯曲能量法、内力平衡法、应力平衡法和基于优化算法和优化目标的优化算法[4]。然而这些方法一般都需要采用专门的软件或者优化算法进行大量的选代计算，或者采用线性规划法求解线性方程组的最优解，这使得成桥紧力确定起来较为麻烦；不仅如此，采用优化算法确定最优索力时，如何确定合理的初始送代值直接涉及到优化工作的计算量。对于悬索桥成桥主缆成桥内力的确定
【作者简介】张飞进，高级工程师，副研究员，E-mail；zhangfeijin① 126.com
【收稿日期】2013-08-15 万方数据
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一般称为主缆找形计算，目前大多数的找形方法都采用基于分段悬链线方法的选代算法[3.5]，然而对于成桥状态主缆线形已知的情况，如对悬案桥加固设计时，主缆线形是可以通过测量确定的，采用上述的主缆找形算法是很繁项的，提出一种新的简单快速的内力确定方法是有必要的。
本文利用刚性单元的优势，提出了解决这两类
问题的简化计算方法，通过算例可知，本文提出的简化计算方法均能得到较为理想的结果。
刚性单元在桥渠中的应用
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刚性单元也称为刚体单元，单元能够传递内力，但节点间没有变形，为不变形体。利用刚性单元的这一特性，结合桥架结构中的特殊问题，能使得原本复杂的问题大大简化，如斜拉桥、系杆拱桥成桥索力确定，悬索桥主缆成桥状态初始内力的确定等。一般大型通用有限元软件如ANSYS， ABAQUS单元库中都有提供刚体单元：但桥案的专业软件，如MIDAS、桥梁博士，都不提供刚体单元。桥梁中构件的变形一般都在厘米级，甚至是毫米级，对于不提供刚性单元的桥梁专业软件可以通过