RM-悬索桥演示实例

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悬索桥演示实例
概要
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概要
主题： 悬索桥结构系统的建模 几何形状的确定 悬索桥施工阶段分析 悬索桥上的交通荷载分析 悬索桥上的动力分析
图 1：RM 中的结构 － 成桥形状
本例显示了用 RM-SPACEFRAME 软件进行悬索结构设计一系列特殊主题的使用。
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结构体系建模
4
16
C
D
56 1 561 57 1 65 1 6611 112 66 67 1
55 1
55 1
102
56 1
55 1
56 1
0 101
0
0 111 COOR.
0
COOR.
56 = 102 = 561 = [-250/0]
悬索桥演示实例
RM Bridge V8i July 2013
RM Bridge Professional Engineering Software for Bridges of all Types
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I
目录
1 2 3 概要 .......................................................................................................................... 1 横断面及材料特性 .................................................................................................. 2 结构体系建模 .......................................................................................................... 3 3.1 4 如何计算参考荷载作用下吊杆和主索中的内力 .......................................... 4
66
B
71
左跨 : 中跨: 右跨: 索塔高度 :
图 2: 结构体系
如何考虑悬索 建立索的时候定义其单元类型（选择‘类型＝索’）。这些索单元与 RM 中 的普通梁单元计算是不同的。 需要指定什么特性 和索单元的弹性模量 E 一样，其横断面只需确定“Ax”就足够了。 索单元如何与其他单元连接 3D 结构中的索单元需要固定单元两端节点的所有转动自由度(φx = φy = φz = 1E10) 哪一种边界条件是必须的 本例子只进行竖向平面内的计算（XY 平面）。边界条件如下（所有的弹 簧常数为 1E10），节点 61（主梁）和节点 11（主索）在水平方向固定：
索塔顶部:
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跨中索的高度: Δh = 64.0 m Y = 6.0 m H = 4915.4516 (各跨都相等)
结构体系建模
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现在，已知的水平分力 H 能用于计算主索的节点坐标 边跨： Δh1 = 197.369 * 50 / 4915.4516 = 2.0076 Δh2 = 763.156 * 50 / 4915.4516 = 7.7628 Δh3 = 1249.899 * 50 / 4915.4516 = 12.714 中跨与边跨相似：
Δh1 Side span Mid span 2.0076 2.5465 Δh2 7.7628 7.6185 Δh3 12.7536 12.7536 Δh4 17.6661 17.6570 Δh5 23.4213 23.4244
Δh1 边跨 中跨 2.0076 2.5465
Δh2 7.7628 7.6185
661 = 112 = 66 = [250/0]
A
2 1 20 21
B
51
51 1
52 1
70
70 1
71
0
0
图 4：结构体系，大样图
3.1 如何计算参考荷载作用下吊杆和主索中的内力
悬索结构与其他类型的结构有很大的不同。这类结构根据“大变形”理论计算， 用“变形”（结构在荷载作用下偏离原来形状）来描述就不再合适了。每一次施 加荷载就会产生一个“新的几何形状”，改形状不仅仅是偏离形状而是形成完全 不同的整体刚度。 在真正开始计算之前，工程师必须解决的问题是确定结构在“荷载作用下真实的 形状”。 “荷载作用下的形状”问题实际上就是需要确定在参考荷载（通常是所有的永久 荷载）作用下结构的最终形状。 有多种方法可以确定结构的“参考荷载作用下的形状”。大部分的方法属于基本 的理论，不需要应用大变形理论。这里所有的方法是使用简单的手算计算的。 建议使用的方法需要以下步骤： 在主梁上所有与吊杆连接的节点上定义附加弹簧单元（仅设竖向刚度）。
中跨与边跨相似 现在已知所有必需的坐标以及初始的索力，也能在完整的结构上施加前面 的用于估算吊杆力的荷载。在该荷载作用下将得到索塔的竖向位移。为了 保证索塔的顶点在正确的位置，必须按索塔的延长补偿该位移（在实际工 程中可以通过“预调装配形状”（通过该方式模拟）实现）。 然后荷载作用下的几何形状可与基本形状作比较，二者非常相似。
Δh3 12.7536 12.7536
Δh4 17.6661 17.6570
Δh5 23.4213 23.4244
中跨： H6 = H16 = H7 = H15 = (64-23.4244) + 6 = H8 = H14 = 46.5756 – 17.6560 = H9 = H13 = 28.9186 – 12.7536 = H10 = H12 = 16.1650 – 7.6185 = H11 = 8.5465 – 2.5465 = 边跨与中跨相似 现在定义主索上的节点坐标（1～21 节点的 X 和 Y） 索力必须与施加荷载平衡。吊杆力和主索坐标是已知的，但主索的初 始力未知。 70.0000 46.5756 28.9186 16.1650 8.5465 6.0000

注：
临时弹簧单元的支撑反力就等于吊杆内力。
只施加均布荷载时，得不到一个分布规则的弹簧单元轴力。如果需要的话（如 为了设定各吊杆的轴力），必须定义一些附加荷载（比如支撑位移）。

一旦已知支撑反力，就能估计出主索的水平分量。
从节点 6 到节点 115Δh Δh Hanger elements 37 - 41
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施工阶段计算
8
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施工阶段计算
悬索结构是高度非线形的，每一个新的施工阶段都有全新的几何形状。所有作用 在结构上现有的荷载都要在每个阶段考虑。 那意味着： 阶段 1 作用有阶段 1 的荷载分项 阶段 2 作用有阶段 1 和阶段 2 的荷载分项 阶段 3 作用有阶段 1、阶段 2 和阶段 3 的荷载分项 所有中间结果都要比较以找到最不利的情形。
4.1 施工阶段 1
激活单元: 吊杆 主梁 索塔 主索 1 to 20 35, 37, 45, 47 55, 56, 65, 66 101, 102, 111, 112
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结构体系建模
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仅仅激活主梁、索塔和临时的弹簧单元。 在最终状态上施加所有的永久荷载（本例在主梁上作用 10t/m）。
主索单元不激活
临时弹簧单元: 252 – 255, 257 – 265, 267 - 270
图 5： 结构模型
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结构体系建模
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结构体系建模
6 16
1
11
21
51
A
56
C
250 m 500 m 250 m 70 m
61
D
主梁 : 索塔 1: 索塔 2: 吊杆 : 单元 51-70 单元 101-102 单元 111-112 单元 32-50
施工阶段计算 .......................................................................................................... 8 4.1 4.2 4.3 4.4 施工阶段 1 ....................................................................................................... 8 施工阶段 2 ....................................................................................................... 8 施工阶段 3 ....................................................................................................... 8 施工阶段 4 － 结构形成 ................................................................................. 8
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