一种悬索桥索力优化方法
一种悬索桥索力优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桥梁工程技术领域，涉及到悬索桥，特别涉及到悬索桥索力优化。
【背景技术】
[0002]悬索桥具有较强的几何非线性，悬索系统在无应力状态下是无法成形的，只有在荷载和索力作用下，缆索系统构形才能稳定，满足平衡方程。缆索系统最终稳定的构形是在相应荷载下的理想线形，理想线形对应着理想索力，即这个“找形”的过程也就是索力优化的过程。
[0003]很多学者对悬索桥索力优化或“找形”展开研宄。目前常用的方法有非线性缆索单元法和多段杆单元迭代法。非线性缆索单元法以悬链线单元为基础，推导了缆索单元刚度矩阵，将主缆剖分为悬链线单元。多段杆单元迭代法是将主缆剖分为多段的直杆单元，通过多次迭代，收敛于最终结果。
[0004]杨俊等在《基于影响矩阵法的自锚式悬索桥施工张拉力确定》一文中应用影响矩阵法计算自锚式悬索桥施工过程张拉力，王战国等在《自锚式悬索桥吊杆索力优化的影响矩阵法》一文中应用影响矩阵法调整自锚式悬索桥吊杆索力。二者在形成影响矩阵时都没有考虑荷载初始刚度，非线性显著，收敛速度慢。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种悬索桥索力优化方法，步骤如下:
[0008]第I步，建立有限元模型，定义悬索桥的恒载和索力可变荷载；其中恒载包括结构自重W1、二期恒载W2和初始索力C C1;索力可变荷载是可调整的索力C v。
[0009]第2步，计算在恒载作用下悬索桥结构的反应值Ad;
[0010]第3步，计算在恒载和可调整的索力Cvi，i = l,2,...，η作用下悬索桥结构的反应值 Ad+Vi;
[0011]第4步，通过Avi= A d+v1-Ad，得到在调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值；
[0012]第5步，重复上述步骤，得到影响矩阵[A] = [AvlAv2...Avn] ο
[0013]第6步，按线性结构，通过[A]X = D计算索力，X1= [Α] ―1 (D-D。) Cv，其中，D为目标向量，D0= A d，即悬索桥在恒载下的反应值，Cv是可调整索力向量；
[0014]第7步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X i作用下的结构反应D 1；
[0015]第8步，通过影响矩阵，计算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv;
[0016]第9步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X 2作用下的结构反应D 2;
[0017]第10步，重复第二步?第四步，直到I ID-DiI |〈ε，得到最终的理想索力X。
[0018]本发明的有益效果:该方法在恒载刚度的基础上，形成了悬索桥结构的影响矩阵，之后通过迭代分析，得到悬索桥理想索力。本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
【附图说明】
[0019]图1是本发明方法流程图。
[0020]图2是某悬索桥。
[0021]图中主缆；2吊杆；3主梁。
【具体实施方式】
[0022]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0023]悬索结构中，有4段主缆，3个吊杆。主梁和主缆跨度均为20m。主缆的截面面积为1.398X 10-?2,吊杆的截面面积为8.84X 10_3m2，二者抗弯惯性矩为0，不承担弯矩。主缆和吊杆采用高强平行钢丝，材料弹性模量为1.9X 105MPa。主梁的截面面积为0.84m2，抗弯惯性矩为5.488 X 10?4,采用Q345钢材，材料弹性模量为2.1 X 15MPao在主梁作用均布荷载 20KN/m。
[0024]设置主缆和吊杆初始索力C。= 100KN，主缆可调索力为10000KN，吊杆可调索力为1000KN。于是影响矩阵为
[0025]经过4轮迭代后I |D-D4| I〈0.01，优化结果
[0026]X4= [-6386.26，3579.63，3568.88，-6385.14，34855.19，141.06，34849.18] τ。
【主权项】
1.一种悬索桥索力优化方法，其特征在于，步骤如下: 第I步，建立有限元模型，定义悬索桥的恒载和索力可变荷载；其中恒载包括结构自重W1、二期恒载W2和初始索力C C1;索力可变荷载是可调整的索力Cv; 第2步，计算在恒载作用下悬索桥结构的反应值Ad; 第3步，计算在恒载和可调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值Ad+vi; 第4步，通过Avi= A d+v1-Ad，得到在调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值； 第5步，重复上述步骤，得到影响矩阵[A] = [AvlAv2...Avn]； 第6步，按线性结构，通过[A]X = D计算索力，X1= [A] H(D-Dtl)Cv,其中，D为目标向量，D0= A d，即悬索桥在恒载下的反应值，Cv是可调整索力向量； 第7步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X i作用下的结构反应D 1； 第8步，通过影响矩阵，计算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv; 第9步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X 2作用下的结构反应D 2; 第10步，重复第二步?第四步，直到I ID-DiI < ε，得到最终的理想索力X。
【专利摘要】本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，属于桥梁工程技术领域，涉及到悬索桥，特别涉及到悬索桥索力优化。该方法在恒载刚度的基础上，形成了悬索桥结构的影响矩阵，之后通过迭代分析，得到悬索桥理想索力。本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
【IPC分类】E01D19/16, G06F17/50, G06F19/00
【公开号】CN104899377
【申请号】CN201510312423
【发明人】王会利, 张哲 , 秦泗凤, 黄才良, 谭岩斌, 李盛洋
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
【技术领域】
[0001]本发明属于桥梁工程技术领域，涉及到悬索桥，特别涉及到悬索桥索力优化。
【背景技术】
[0002]悬索桥具有较强的几何非线性，悬索系统在无应力状态下是无法成形的，只有在荷载和索力作用下，缆索系统构形才能稳定，满足平衡方程。缆索系统最终稳定的构形是在相应荷载下的理想线形，理想线形对应着理想索力，即这个“找形”的过程也就是索力优化的过程。
[0003]很多学者对悬索桥索力优化或“找形”展开研宄。目前常用的方法有非线性缆索单元法和多段杆单元迭代法。非线性缆索单元法以悬链线单元为基础，推导了缆索单元刚度矩阵，将主缆剖分为悬链线单元。多段杆单元迭代法是将主缆剖分为多段的直杆单元，通过多次迭代，收敛于最终结果。
[0004]杨俊等在《基于影响矩阵法的自锚式悬索桥施工张拉力确定》一文中应用影响矩阵法计算自锚式悬索桥施工过程张拉力，王战国等在《自锚式悬索桥吊杆索力优化的影响矩阵法》一文中应用影响矩阵法调整自锚式悬索桥吊杆索力。二者在形成影响矩阵时都没有考虑荷载初始刚度，非线性显著，收敛速度慢。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种悬索桥索力优化方法，步骤如下:
[0008]第I步，建立有限元模型，定义悬索桥的恒载和索力可变荷载；其中恒载包括结构自重W1、二期恒载W2和初始索力C C1;索力可变荷载是可调整的索力C v。
[0009]第2步，计算在恒载作用下悬索桥结构的反应值Ad;
[0010]第3步，计算在恒载和可调整的索力Cvi，i = l,2,...，η作用下悬索桥结构的反应值 Ad+Vi;
[0011]第4步，通过Avi= A d+v1-Ad，得到在调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值；
[0012]第5步，重复上述步骤，得到影响矩阵[A] = [AvlAv2...Avn] ο
[0013]第6步，按线性结构，通过[A]X = D计算索力，X1= [Α] ―1 (D-D。) Cv，其中，D为目标向量，D0= A d，即悬索桥在恒载下的反应值，Cv是可调整索力向量；
[0014]第7步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X i作用下的结构反应D 1；
[0015]第8步，通过影响矩阵，计算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv;
[0016]第9步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X 2作用下的结构反应D 2;
[0017]第10步，重复第二步?第四步，直到I ID-DiI |〈ε，得到最终的理想索力X。
[0018]本发明的有益效果:该方法在恒载刚度的基础上，形成了悬索桥结构的影响矩阵，之后通过迭代分析，得到悬索桥理想索力。本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
【附图说明】
[0019]图1是本发明方法流程图。
[0020]图2是某悬索桥。
[0021]图中主缆；2吊杆；3主梁。
【具体实施方式】
[0022]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0023]悬索结构中，有4段主缆，3个吊杆。主梁和主缆跨度均为20m。主缆的截面面积为1.398X 10-?2,吊杆的截面面积为8.84X 10_3m2，二者抗弯惯性矩为0，不承担弯矩。主缆和吊杆采用高强平行钢丝，材料弹性模量为1.9X 105MPa。主梁的截面面积为0.84m2，抗弯惯性矩为5.488 X 10?4,采用Q345钢材，材料弹性模量为2.1 X 15MPao在主梁作用均布荷载 20KN/m。
[0024]设置主缆和吊杆初始索力C。= 100KN，主缆可调索力为10000KN，吊杆可调索力为1000KN。于是影响矩阵为
[0025]经过4轮迭代后I |D-D4| I〈0.01，优化结果
[0026]X4= [-6386.26，3579.63，3568.88，-6385.14，34855.19，141.06，34849.18] τ。
【主权项】
1.一种悬索桥索力优化方法，其特征在于，步骤如下: 第I步，建立有限元模型，定义悬索桥的恒载和索力可变荷载；其中恒载包括结构自重W1、二期恒载W2和初始索力C C1;索力可变荷载是可调整的索力Cv; 第2步，计算在恒载作用下悬索桥结构的反应值Ad; 第3步，计算在恒载和可调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值Ad+vi; 第4步，通过Avi= A d+v1-Ad，得到在调整的索力Cvi，i = 1，2，...，η作用下悬索桥结构的反应值； 第5步，重复上述步骤，得到影响矩阵[A] = [AvlAv2...Avn]； 第6步，按线性结构，通过[A]X = D计算索力，X1= [A] H(D-Dtl)Cv,其中，D为目标向量，D0= A d，即悬索桥在恒载下的反应值，Cv是可调整索力向量； 第7步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X i作用下的结构反应D 1； 第8步，通过影响矩阵，计算新的索力向量X2= X !+[A]^1 (D-D1)Cv; 第9步，将&带入有限元模型，计算悬索桥在恒载和X 2作用下的结构反应D 2; 第10步，重复第二步?第四步，直到I ID-DiI < ε，得到最终的理想索力X。
【专利摘要】本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，属于桥梁工程技术领域，涉及到悬索桥，特别涉及到悬索桥索力优化。该方法在恒载刚度的基础上，形成了悬索桥结构的影响矩阵，之后通过迭代分析，得到悬索桥理想索力。本发明提供了一种悬索桥索力优化方法，这种方法概念清楚，收敛速度快。
【IPC分类】E01D19/16, G06F17/50, G06F19/00
【公开号】CN104899377
【申请号】CN201510312423
【发明人】王会利, 张哲 , 秦泗凤, 黄才良, 谭岩斌, 李盛洋
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
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