斜拉索静力非线性分析研究

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1、斜拉索静力非线性分析研究摘要：为了研究斜拉索静力非线性行为，以象山港大桥为工程背景,计算分析边跨侧11根斜拉索梁端处锚杯出现一定人小的角度偏差时，斜拉索一点处弯矩、剪力的变化值，以及山此产生的上缘附加应力，并观察其与索长变化的关系。得到在施加相同强制偏角的情况下，附加应力会随着索长的增加而逐渐变大。关键词：斜拉索；非线性；角度偏差；有限元分析中图分类号：U443文献标识码：A一、概述木文以象山港公路大桥为工程背景，通过模拟边跨侧11根拉索存在锚杯安装误差，计算此时C点处拉索弯矩、剪力的变化值，以及上缘附加应力，并观察其与索长变化的关

2、系。象山港人桥主桥为双塔双索面半漂浮体系斜拉桥如图1所示，全桥共设4X22X2=176根拉索，拉索最大长度为376m。图1象山港公路大桥主桥立面布置（单位：cm）如图2所示，若锚杯安装方向存在一定的初始偏差，则拉索梁端锚固方向的改变必然会引起C点弯矩、剪力的变化，以及相应的附加应力。图2拉索梁端锚固构造图二、斜拉索基本参数拉索及锚杯的基木参数特性值见下表［1］。表2拉索参数特性值汇总表2拉索锚杯参数特性值汇总三、有限元模型采用有限元程序ANSYS进行分析，选用beaml88单元来模拟拉索和锚杯，并考虑剪切变形影响［2］。几何模型的建

3、立首先以斜拉索所在的平面作为xy平面，按空间中弦线的位置建出拉索与锚杯，然后锚固拉索梁端与塔端，拉索与锚杯间按共节点的处理。对拉索部分的梁单元施加初应力,对模型施加重力场。为了考虑由拉索垂度效应带來的弯曲刚度折减影响，先将梁端固结节点调整到莫设计位置，然后对锚固点进行一定的强制角位移或平动位移，开启大变形效应，通过迭代进行拉索找形。有安装误差的斜拉索构形可利用拉索塔端张力作为判别收敛的条件，进行迭代找形［3］o不考虑内部平行钢丝间的相对滑移，局部范围内将拉索看作是一根实心钢棒。四、结果分析根据理想状态下拉索不承受弯矩的特点，可以得出

4、在自重和成桥索力作用下拉索的线形，由此得到考虑索垂度的梁端倾角和塔端倾角，计算出最终梁端与塔端需要修正的角度值以及塔端拉索张力。表3斜拉索倾介及其初始应力在拉索自重和成桥索力的作用下，分计入和不计入偏转角度两种情况，求出拉索锚杯端部C处的弯矩值、剪力值，斜拉索截面附加上缘应力值，及其随拉索长度的变化。表4拉索C点处的弯矩、剪力、弯曲上缘应力及其差值由表4可以看出，强制偏角导致附加弯矩和剪力随着索长的增加而逐渐变人；然而由于不同长度的拉索型号不同，这一规律并不总是成立。由于从最短的A2号拉索到最长的A22号拉索，其附加弯矩相差并不大，

5、而短索具有更小的抗弯惯性距，导致总的趋势上，长索的上缘弯曲应力小于短索，但是同型号的拉索，长索的应力增量大于短索。以索长和垂度最大的A22号拉索为例进行受力分析，给出拉索屮内力与变形沿其轴线的变化特点。图322号拉索锚固区应力图强制转角会使得拉索线形在锚杯出口处发生突变，拉索在此产生较大的弯矩，由图3中可知，拉索弯矩在锚固端达到最大，并沿着拉索逐渐减小，在距离锚固屮心一定长度处出现反弯点，此处弯矩为零，随后弯矩始终保持在一个很小的范围内。强制转动锚杯会在拉索上下缘表面产生附加弯曲应力，其大小不足以导致拉索发生强度破坏或安全储备不足，

6、仅在一定程度上影响了拉索的抗疲劳性能。大量经验指出，这种表面过载的现象并未影响桥梁的总体安全,可能与钢丝本身的塑形、松弛作用以及各根钢丝间的相对滑移冇关［4］。五、结论本文以象山港大桥边跨侧11根拉索为例，通过计算拉索梁端锚固点发生强制位移时内力的变化特点，对其非线性受力行为进行分析，得到以下结论：（-）拉索锚固点的微小偏差会引起较大的局部附加力，因此在进行拉索两端锚具、套管的设计与施工时，应对拉索的儿何构形进行精确地分析。（二）虽然产生的附加弯曲应力数值上不能忽视，但大量经验指出，这种表面过载的现象并未影响到桥梁的总体安全。（三）

7、在施加相同强制偏角的情况下，产生的附加内力（应力）会随着索长的增加而逐渐变大，这主要是由于象山港大桥屮越长的拉索垂度也越大。