[发明专利]油气管悬索跨越仿真分析模型及其构建方法

权利要求书

1.一种油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于塔架、跨越承重梁以及管道的结构特点，分别对应建立塔架模型、跨越承重梁模型和管道模型，然后在悬索跨越结构搭建完毕状态且主索系未受外力的前提下，进行预设索系的索形计算，针对每条索进行单索找形找力，反推施工完成后索系的真实索形，从而建立索系模型，将塔架模型、跨越承重梁模型、管道模型、以及索系模型耦合，得到初步建立的悬索跨越系统；

所述预设索系的索形计算包括如下步骤：根据理论公式和基础数据，计算单根中跨主索悬链线坐标，从而计算悬索跨越主索系悬链线坐标；将跨越承重梁荷载作为中跨主索附加密度施加在中跨主索上，得到中跨主索在受到跨越承重梁竖向荷载后的索形；根据中跨主索计算出来的水平力反推塔架处于直立状态下的边跨主索的索形，从而计算两个边跨索系坐标；

所述单索找形找力的步骤包括：进行预设索系的索形计算；对预设索系设置一个初始应变；对预设索系施加重力加速度进行计算，并将跨中z方向位移值与0进行比较；若跨中z方向位移值大于0，则增大初始应变值，再次循环对预设索系施加重力加速度进行计算，若跨中z方向位移值小于或等于0，则认为当次循环设置的初始应变值为悬索跨越结构搭建完毕状态下的初始应变值，单索找形找力结束；

S2、根据索系的真实索形，针对塔架、跨越承重梁和管道进行悬索跨越结构找形找力，反推悬索跨越结构搭建完毕后的结构状态，得到修正后的悬索跨越系统；

S3、针对实际施工过程的不同阶段，进行荷载工况分析，然后对修正后的悬索跨越系统施加外荷载，进行悬索跨越结构各施工阶段的仿真模拟计算，并对计算结果进行收敛性检查；

S4、若仿真模拟计算不能收敛，则对修正后的悬索跨越系统的系统结构和系统参数进行多次修正，直至符合计算收敛要求；若仿真模拟计算能够收敛，则根据模拟计算所对应的实际施工情况，对计算结果进行静力分析和/或模态分析和/或动力分析，获取悬索跨越结构的各构件的位移变化和应力变化。

2.根据权利要求1所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述悬链线坐标的计算方程如式(1)所示：

式中，l为跨度，m；c为高度差，m；z为高度，m；H为水平力，N；q为沿线均布荷载，N；α为第一系数，且β为第二系数，且

3.根据权利要求1所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述塔架、跨越承重梁、以及管道的单元类型为BEAM188单元，所述索的单元类型为LINK10单元，且所述索通过KEYOPT设置为仅受拉单元。

4.根据权利要求3所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述LINK10单元对应的实常数为索的截面面积和初始应变，索的初始应变通过式(2)计算，所述式(2)为ε＝F(EA)，式中ε为索的初始应变，F为初始内力值，E为索的弹性模量，A为索的截面面积。

5.根据权利要求1所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述塔架的塔底部采用两个节点分别约束平动自由度Ux、Uy、Uz，并靠两个节点之间的刚度约束ROTx，所述索系的边跨主索采用完全约束，所述索系的风索采用完全约束，所述跨越承重梁的两端采用完全约束，所述管道采用节点耦合的方法，将管道和跨越承重梁对应节点的六个方向的自由度完全耦合。

6.根据权利要求1所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述悬索跨越结构找形找力的步骤包括：

在索系的真实索系基础上，根据等效的跨越承重梁荷载，建立真实状态下的跨越承载梁模型，并与相对应的索系模型连接，还原真实状态下的悬索跨越系统；

对跨越承重梁模型加载z方向的重力加速度；

对真实状态下的悬索跨越系统进行仿真非线性分析；

得到真实状态下的悬索跨越结构的索形及跨越承重梁位移挠度。

7.根据权利要求1所述的油气管悬索跨越仿真分析系统的构建方法，其特征在于，所述实际施工过程的不同阶段包括塔架吊装完毕后、安装跨越施工用施工索道系统、安装主索系。

8.一种油气管悬索跨越仿真分析系统，其特征在于，所述悬索跨越仿真分析系统采用如权利要求1至7中任意一项所述的构建方法构建而成。