[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

说明书

技术领域

本发明涉及交通运输业桥涵工程领域，具体是涉及一种考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法。

背景技术

随着斜拉桥跨径的不断增大，悬臂施工中结构稳定问题更加突出。传统的稳定性分析方法主要给出斜拉桥结构的整体稳定安全系数，不能反映斜拉桥施工阶段各主梁节段的稳定性状态。而当斜拉桥处于悬臂施工状态时，其整体刚度小，变形大，各主梁节段的稳定性直接关系到桥梁的整体稳定性，因此开展斜拉桥悬臂施工各主梁节段的稳定性分析、明确施工过程中各主梁节段的稳定性状态是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种考虑几何非线性的斜拉桥主梁节段施工稳定性分析方法，可明确斜拉桥施工阶段各主梁节段的稳定性状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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。

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(例如自重、施工荷载等)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(建立斜拉桥结构几何非线性稳定安全系数、主梁节段轴力与主梁节段临界欧拉屈曲荷载之间的关系)，那么主梁节段有效长度的计算如下：

Le,i=πEiIiλG(Fi+ΔF)---(1)]]>

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；