一种悬索桥拉索找力分析方法技术

本发明专利技术涉及一种悬索桥拉索找力分析方法，所述悬索桥拉索找力分析方法是一种基于目标追踪‑迭代更新算法的悬索桥拉索找力分析方法，该方法在悬索桥的几何构形与边界条件已知而成桥状态索力未知的条件下，以悬索桥成桥状态的跨中挠度为目标值，利用ANSYS参数化程序设计语言，通过追踪跨中挠度‑迭代更新实常数数组的找力分析方法，求解满足悬索桥结构设计要求的拉索索力。本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术悬索桥拉索找力分析方法，简单快捷，迭代次数少、求解时间短，对计算机配置的要求低，同时求解精度高，能够在一定程度上满足学术研究与工程应用的要求，是一种有效的悬索桥成桥状态索力的确定方法。

An analysis method of cable force finding for suspension bridge

【技术实现步骤摘要】
一种悬索桥拉索找力分析方法
本专利技术属于交通运输业桥涵工程领域，特别涉及一种基于目标追踪-迭代更新算法的悬索桥拉索找力分析方法。
技术介绍
悬索桥大跨径跨越的实现主要是通过预应力拉索来完成的。当进行悬索桥的设计时，需要对悬索桥进行静动力性能的分析，以评价悬索桥设计方案的合理性，并根据需要进行修改调整，以满足悬索桥的结构设计要求。其中悬索桥的成桥状态分析是其他静动力性能分析的基础，成桥状态分析的关键是求解拉索的预应力，即进行拉索的找力分析。现有的拉索找力分析方法多以直线型拉索为研究对象，通过复位平衡或逆迭代进行拉索的找力分析。经检索，专利CN201010501911.4公开了斜拉桥初始成桥初始索力确定方法，是基于ANSYS二次开发平台的斜拉桥初始成桥初始索力确定方法，其以设计索力作为目标值，考虑几何非线性效应，在恒载作用下反复迭代求解和修正拉索初应变，具体是：先假定任一组初始索力以初应变的形式加到斜拉索上，加上恒载并计算，通过*do-loop命令语言，提取计算所得斜拉索索力并检查该索力与目标成桥索力的误差是否在允许的范围内，若误差过大，通过差值法修改斜拉索初应变，再重新计算直至误差在允许的范围内，最后一次计算所用的一组斜拉索初应变乘以斜拉索考虑垂度效应修正后的弹性模量即为所要找的斜拉桥初始成桥初始索力；该方法提高了斜拉桥成桥初始索力的求解时间和精度，使得该方法具有较大的实际工程应用价值。悬索桥主缆不同于直线型拉索，其几何形状为悬链线，而且同时承受拉力与剪力的作用，拉索受力情况复杂，拉索的索力分析时会涉及应力的重分布问题，其预应力分布更加复杂，现有的拉索找力分析方法无法直接应用于悬索桥的成桥状态分析以及其静、动力性能评估。同时现有的拉索找力分析方法，程序设计较为复杂，需要进行大量的迭代计算，对计算机的硬件要求较高，而且耗费大量的机时。因此需要针对上述问题开发一种简单、快捷、计算精度高的拉索找力分析方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种程序简洁、计算精确的悬索桥拉索找力分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种悬索桥拉索找力分析方法，其创新点在于：所述悬索桥拉索找力分析方法是一种基于目标追踪-迭代更新算法的悬索桥拉索找力分析方法，该方法在悬索桥的几何构形与边界条件已知而成桥状态索力未知的条件下，以悬索桥成桥状态的跨中挠度为目标值，利用ANSYS参数化程序设计语言，通过追踪跨中挠度-迭代更新实常数数组的找力分析方法，求解满足悬索桥结构设计要求的拉索索力，其具体是：根据已知成桥状态的悬索桥的几何构形与边界条件，利用ANSYS参数化程序设计语言建立悬索桥的有限元模型，创建索力实常数初始数组，以单位实常数作为索力数组的初始化赋值，创建索力实常数存储数组，设立悬索桥的跨中挠度判断阈值，施加恒载进行恒载作用下的初始非线性静力分析，然后追踪目标-悬索桥的跨中挠度，判断桥梁的跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，若不满足，则提取求解后拉索的索力实常数，利用迭代算法与更新rmodify命令，迭代更新拉索的索力实常数存储数组，利用更新后的索力实常数存储数组更新索力实常数初始数组，再施加恒载进行恒载作用下的非线性静态分析，继续追踪目标-跨中挠度并判断跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，如果仍不满足则继续提取索力实常数，并进行索力实常数的迭代更新，直至满足悬索桥的结构设计要求，最后利用etable命令建立拉索轴力单元表提取拉索索力，该组索力即为悬索桥成桥状态的拉索索力。进一步地，所述悬索桥拉索找力分析方法，包括如下步骤：步骤1：分析准备：收集整理悬索桥成桥状态的几何构形、设计参数以及建造材料的物理参数，明确悬索桥成桥状态的荷载与边界条件，设定跨中挠度判断阈值Δd；步骤2：建立悬索桥的有限元模型：以成桥状态下悬索桥的几何构形为基本构形，根据桥梁的几何构形、设计参数、材料参数和边界条件，利用ANSYS参数化程序设计语言建立悬索桥的有限元模型；步骤3：拉索找力分析：(1)创建各段主缆及吊索的索力实常数数组，并以单位实常数对索力数组进行初始化赋值，得到索力实常数初始数组；(2)创建各段主缆及吊索的索力实常数存储数组；(3)目标追踪与迭代更新找力分析：(3-1)约束边界、施加恒载，进行非线性静力分析；(3-2)提取追踪目标-悬索桥的跨中挠度d；(3-3)判断追踪目标值是否小于设定的跨中挠度判断阈值Δd；(3-4)如果d>Δd，则提取求解后拉索的索力实常数数组，通过迭代算法*do-while-loop命令与RMODIF命令，迭代更新索力实常数存储数组，利用更新后的索力实常数存储数组更新索力实常数初始数组，重复步骤(3-1)、(3-2)、(3-3)与(3-4)，直至d<Δd成立；如果d<Δd成立，则结束拉索找力分析，跳转至索力输出模块；步骤4：索力输出：利用etable命令建立拉索轴力单元表提取各拉索轴力，即得悬索桥成桥状态的拉索索力。进一步地，步骤1中所述的几何构形、设计参数和物理参数，包括悬索桥的结构布局、各结构构件的截面参数、材料的弹性模量和密度。进一步地，步骤1中所述的跨中挠度判断阈值Δd指根据悬索桥成桥状态结构设计要求所设定的最大跨中挠度值。进一步地，步骤2中所述的悬索桥有限元模型主要包括采用鱼骨梁模型模拟的主梁、采用单梁模型模拟的索塔与只承受拉力不承受弯矩的杆单元模拟的拉索。进一步地，步骤3中(1)所述索力实常数初始数组序号要与悬索桥模型中的拉索单元序号一一对应，其值全部设定为单位实常数，步骤3中(2)所述索力实常数存储数组要与步骤3中(1)的索力实常数初始数组一一对应。进一步地，步骤3中(3-1)所述非线性静力分析主要考虑拉索的预应力效应、大变形效应与应力刚化效应。进一步地，步骤3中(3-2)所述追踪目标值d指恒载作用下悬索桥加劲梁跨中的竖向位移值。进一步地，步骤3中(3-4)所述提取求解后拉索的索力实常数数组要与步骤3中(2)所述索力实常数存储数组一一对应,步骤3中(3-4)所述利用求解后拉索的索力实常数数组迭代更新索力实常数存储数组，以及更新索力实常数初始数组，需要进入前处理模块利用迭代算法*do-loop以及更新RMODIF命令执行。进一步地，所述步骤4中提取拉索轴力需要利用etable命令建立拉索轴力单元表，以存储拉索对应的轴力。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术悬索桥拉索找力分析方法，简单快捷，迭代次数少、求解时间短，对计算机配置的要求低，同时求解精度高，能够在一定程度上满足学术研究与工程应用的要求，是一种有效的悬索桥成桥状态索力的确定方法；(2)本专利技术悬索桥拉索找力分析方法，与现有索拉分析相比，具有以下区别特征：1)专利CN201010501911.4适用于分析斜拉桥的成桥初始索力，而本专利适用于分析悬索桥的成桥初始索力；悬索桥的拉索相比斜拉桥，拉索的几何形状不是斜拉桥拉索的直线，而是悬链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬索桥拉索找力分析方法，其特征在于：所述悬索桥拉索找力分析方法是一种基于目标追踪-迭代更新算法的悬索桥拉索找力分析方法，该方法在悬索桥的几何构形与边界条件已知而成桥状态索力未知的条件下，以悬索桥成桥状态的跨中挠度为目标值，利用ANSYS参数化程序设计语言，通过追踪跨中挠度-迭代更新实常数数组的找力分析方法，求解满足悬索桥结构设计要求的拉索索力，其具体是：根据已知成桥状态的悬索桥的几何构形与边界条件，利用ANSYS参数化程序设计语言建立悬索桥的有限元模型，创建索力实常数初始数组，以单位实常数作为索力数组的初始化赋值，创建索力实常数存储数组，设立悬索桥的跨中挠度判断阈值，施加恒载进行恒载作用下的初始非线性静力分析，然后追踪目标-悬索桥的跨中挠度，判断桥梁的跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，若不满足，则提取求解后拉索的索力实常数，利用迭代算法与更新rmodify命令，迭代更新拉索的索力实常数存储数组，利用更新后的索力实常数存储数组更新索力实常数初始数组，再施加恒载进行恒载作用下的非线性静态分析，继续追踪目标-跨中挠度并判断跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，如果仍不满足则继续提取索力实常数，并进行索力实常数的迭代更新，直至满足悬索桥的结构设计要求，最后利用etable命令建立拉索轴力单元表提取拉索索力，该组索力即为悬索桥成桥状态的拉索索力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种悬索桥拉索找力分析方法，其特征在于：所述悬索桥拉索找力分析方法是一种基于目标追踪-迭代更新算法的悬索桥拉索找力分析方法，该方法在悬索桥的几何构形与边界条件已知而成桥状态索力未知的条件下，以悬索桥成桥状态的跨中挠度为目标值，利用ANSYS参数化程序设计语言，通过追踪跨中挠度-迭代更新实常数数组的找力分析方法，求解满足悬索桥结构设计要求的拉索索力，其具体是：根据已知成桥状态的悬索桥的几何构形与边界条件，利用ANSYS参数化程序设计语言建立悬索桥的有限元模型，创建索力实常数初始数组，以单位实常数作为索力数组的初始化赋值，创建索力实常数存储数组，设立悬索桥的跨中挠度判断阈值，施加恒载进行恒载作用下的初始非线性静力分析，然后追踪目标-悬索桥的跨中挠度，判断桥梁的跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，若不满足，则提取求解后拉索的索力实常数，利用迭代算法与更新rmodify命令，迭代更新拉索的索力实常数存储数组，利用更新后的索力实常数存储数组更新索力实常数初始数组，再施加恒载进行恒载作用下的非线性静态分析，继续追踪目标-跨中挠度并判断跨中挠度是否小于设定的跨中挠度判断阈值，如果仍不满足则继续提取索力实常数，并进行索力实常数的迭代更新，直至满足悬索桥的结构设计要求，最后利用etable命令建立拉索轴力单元表提取拉索索力，该组索力即为悬索桥成桥状态的拉索索力。


2.根据权利要求1所述的悬索桥拉索找力分析方法，其特征在于：所述悬索桥拉索找力分析方法，包括如下步骤：
步骤1：分析准备：收集整理悬索桥成桥状态的几何构形、设计参数以及建造材料的物理参数，明确悬索桥成桥状态的荷载与边界条件，设定跨中挠度判断阈值Δd；
步骤2：建立悬索桥的有限元模型：以成桥状态下悬索桥的几何构形为基本构形，根据桥梁的几何构形、设计参数、材料参数和边界条件，利用ANSYS参数化程序设计语言建立悬索桥的有限元模型；
步骤3：拉索找力分析：
(1)创建各段主缆及吊索的索力实常数数组，并以单位实常数对索力数组进行初始化赋值，得到索力实常数初始数组；
(2)创建各段主缆及吊索的索力实常数存储数组；
(3)目标追踪与迭代更新找力分析：
(3-1)约束边界、施加恒载，进行非线性静力分析；
(3-2)提取追踪目标-悬索桥的跨中挠度d；
(3-3)判断追踪目标值是否小于设定的跨中挠度判断阈值Δd；
(3-4)如果d>Δd，则提取求解后拉索的索力实常数数组，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚强，潘志宏，法米·穆罕默德，关苏军，王波，董作超，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32