基于LUSAS软件的大跨斜拉桥极限承载力分析.pdf

第26卷第2期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) V01．26No．2 2009年6月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Jun，2009 基于LUSAS软件的大跨斜拉桥极限承载力分析 胡晓燕 ，万信华 ，朱宏平 ，胡晓辉 (1．武汉理工大学 物流学院，湖北 武汉 430070； 2．华中科技大学 土木工程与力学学院，湖北 武汉 430074；3．湖北中南路桥公司，湖北 孝感 432100) 摘 要：大跨斜拉桥的主梁、索塔和拉索是结构的主要受力构件。由于材料非理想性与几何非线性使得大多数 结构无法达到理论强度极值 ，极限承载力破坏是伴随结构的材料非线性和几何非线性共同发生的，有些重要结 构在无法了解结构在复杂荷载作用下的临界荷载时只能靠放大安全系数来保证结构安全，这样设计和建造，势 必造成大量的隐患或浪费。对结构进行极限承载能力分析，可以了解其破坏形式，准确知道其在给定荷载下的 安全储备和超载能力。本文应用 LUSAS软件，采用全过程分析方法 ，考虑材料非线性和几何非线性影响，对马 岭河大桥主桥结构进行极限承载能力分析，得出其极限安全系数，为工程设计和运营管理提供参考数据。 关键词：斜拉桥； 几何非线性； 材料非线性； 极限承载力； LUSAS 中图分类号：U448．27 文献标识码：A 文章编号：1672-7037(2009)02-0063-05 主要由主梁、索塔及拉索组成的斜拉桥是本 世纪50年代重新发展起来的一种桥型。在跨径 1 几何非线性 200～800m的范围内，混凝土斜拉桥已成为最常 见的一种桥梁结构形式。随着跨度增大，结构 自 斜拉桥的几何非线性效应主要有：拉索 自重 重在总荷载中所 占比重也越来越大，混凝土斜拉 垂度、梁柱效应和大变位效应。斜拉索的自重垂 桥尤其如此，从经济的角度考虑，在满足强度、刚 度引起拉索拉力和变形之间的非线性效应 ，采用 度等要求下，工程师们都尽量将大跨度斜拉桥设 Ernst公式计算拉索的等效弹性模量。修正结构 计得轻巧柔细。斜拉桥属于柔性高次超静定结 坐标的更新拉格朗日列式法(u．L列式)是将 t+ 构，主梁长细比很大，由于斜拉桥拉索产生的水平 时刻的平衡方程建立在本增量步起始时的时 分力，使得主梁产生较大的轴向压力，另外索塔也 刻构形上，从其定义和实现过程可以看出，u．L列 是全桥主要的承重构件，以受压弯为主，因此斜拉 式法已考虑了大位移效应和梁柱效应HJ。其切 桥的稳定性一直为桥梁工程师所关注，大跨度混 线刚度矩阵为： 凝土斜拉桥极限承载力分析非常必要 J。 [‘K]，=[‘K]。+ [K] (1) 在恒载和不断增大的活载作用下，计人结构 式中，[K]为线刚度矩阵，与单元节点的位移无 几何非线性和材料非线性进行全过程分析，结构 关；[‘]为几何刚度矩阵。 完全压溃时所对应的工作荷载就是结构极限承载 增量形式的u．L列式结构平衡方程可写成： 力。全过程分析是分析桥梁结构极限承载力的一 [‘K]d“ {}=d“{R}一 {△P} (2) 种方法，它通过逐级增加活载集度来计算结构的 式中， ¨为时刻的单元节点位移向量；d” { 变形和受力特征，直至结构破坏。从力学角度看， 为t+△f时刻的等效节点外荷载向量；‘{△尸}为 t 分析桥梁极限承载力的实质就是通过不断求解计 时刻单元的等效节点力向量。 人几何非线性和材料非线性的刚度矩阵，寻找其 极限荷载的过程 j。本文利用 LUSAS软件中的