[发明专利]考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法

权利要求书

1.考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法，其特征在于：建立斜拉桥施工阶段有限元模型，以设计成桥索力为目标，通过正装迭代法获得斜拉桥合理施工索力；提取各施工阶段结构有限元模型，进行静力分析，获得各施工阶段各主梁节段的轴力F_i和弯矩M_i；对各施工阶段结构有限元模型进行考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应的几何非线性屈曲分析，建立斜拉桥结构考虑几何非线性的结构平衡方程，通过参考荷载P_t增量加载的方式求解该方程，获得对应参考荷载的各施工阶段结构几何非线性稳定安全系数λ_G；通过给各主梁节段施加轴力增量荷载，使得斜拉桥结构整体失稳时各主梁节段达到临界屈曲状态，此时各主梁节段轴力与斜拉桥结构几何非线性稳定安全系数的乘积等于各主梁节段的欧拉屈曲荷载，提出斜拉桥施工阶段主梁节段有效长度计算公式，运用压弯构件稳定性控制方程评判斜拉桥施工阶段各主梁节段的稳定状态。

2.根据权利要求1所述的考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

1)建立斜拉桥施工阶段有限元模型，通过静力分析，得到参考荷载P_t作用下各主梁节段的轴力F_i和弯矩M_i；通过考虑拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应的几何非线性屈曲分析，以参考荷载P_t增量加载的方式，获得结构整体非线性失稳的临界荷载P_t,cr，计算得到结构整体几何非线性稳定安全系数λ_G＝P_t,cr/P_t；

2)斜拉桥施工阶段主梁节段有效长度计算：

通过给各主梁节段施加轴力增量荷载ΔF，使得结构整体失稳时各主梁节段达到临界屈曲状态，此时各主梁节段轴力与结构几何非线性稳定安全系数的乘积等于各主梁节段的欧拉屈曲荷载，那么主梁节段有效长度的计算如下：

式中，P_cr为主梁节段的临界欧拉屈曲荷载；

E_i为主梁节段的弹性模量；

I_i为主梁节段的抗弯惯性矩；

L_e,i为主梁节段i的有效长度；

F_i为主梁节段的轴力；

λ_G为结构整体几何非线性稳定安全系数；

对各主梁节段每施加一次轴力增量荷载，需重新计算结构整体几何非线性稳定安全系数λ_G，因此主梁节段有效长度的计算需要通过多次迭代计算，直至满足收敛条件，即：

3)将各主梁节段的有效长度，代入美国LRFD(AASHTO)规范中的结构名义抗压强度P_n的计算公式：

当

当

P_n＝0.66^γF_yA_s(4)

式中，E为材料弹性模量，μl为压杆的有效长度，i为截面的回转半径，Fy为材料屈服强度，As为截面面积；

4)确定了结构名义抗压强度P_n后，代入稳定性控制方程：

当时，

当时，

式中，P_u、M_ux和M_uy分别为外荷载作用下结构的轴力和绕截面x,y轴的弯矩；M_nx和M_ny为结构绕截面x,y轴的名义抗弯强度；φ_c和φ_f分别为抗压、弯曲阻力系数；

运用稳定性控制方程，评判斜拉桥施工阶段各主梁节段的稳定状态。