大跨径悬索桥几何非线性分析综述_孙艺利
桥梁结构的非线性分析方法
桥梁结构的非线性分析方法桥梁是连接两个地域的重要交通设施，承受着巨大的荷载和变形。
为了确保桥梁的稳定性和可靠性，在设计和建造过程中需要进行结构分析。
传统的线性分析方法已经无法满足对桥梁结构的准确评估，因此，非线性分析方法逐渐被引入和广泛应用。
本文将介绍几种常用的桥梁结构非线性分析方法。
一、准线性分析方法准线性分析方法即在原有线性分析的基础上考虑桥梁结构的非线性效应。
例如，在分析桥梁受力时，考虑构件材料的非线性特性，如应力-应变关系曲线的非线性。
准线性分析方法可以通过有限元分析软件进行模拟，得到更真实的结构响应。
此外，准线性分析方法还可以考虑温度、湿度等环境因素的非线性效应，提高分析的准确性。
二、非弹性分析方法非弹性分析方法是对桥梁结构进行全面的非线性分析。
这种方法考虑了更多的非线性效应，如材料的塑性变形、结构的屈曲行为、接缝的摩擦阻尼等。
非弹性分析方法可以更准确地预测桥梁结构在各种荷载作用下的变形和破坏行为。
然而，由于计算复杂度高，非弹性分析方法通常用于重要的桥梁工程和特殊结构的设计。
三、时程分析方法时程分析方法是一种考虑桥梁与动力荷载相互作用的非线性分析方法。
在桥梁设计和评估过程中，需要考虑地震、风荷载等动力荷载的影响。
时程分析方法可以模拟动力荷载的传递过程，并分析结构的响应。
通过这种方法，可以研究桥梁在不同地震强度下的动力性能，预测其破坏的可能性。
四、损伤识别方法损伤识别方法是一种通过监测和分析桥梁结构的响应，判断其是否存在损伤或破坏的非线性分析方法。
这种方法可以通过搜集结构的振动信号、形变数据等，利用信号处理和模式识别技术，判断桥梁的结构状态。
损伤识别方法可以帮助工程师及时发现桥梁的隐患，进行维修和加固，确保其安全性和可靠性。
综上所述，桥梁结构的非线性分析方法为桥梁设计和评估提供了更准确的工具。
无论是准线性分析方法、非弹性分析方法还是时程分析方法，都可以帮助工程师更好地了解桥梁结构的行为和性能。
大跨度斜拉桥几何非线性变形和受力状态的影响
论文THESIS102 China Highway随着我国科技的不断创新，斜拉桥不断的应用于各种实际工程。
近几年，斜拉桥的建造跨度正在不断增加，但是相应的问题也接踵而来。
斜拉桥的跨度和体量越大，索的长度和截面积也会相应增大，斜拉索的垂度效应会更加明显；需要更多数量及更大索力的斜拉索来提供主梁的弯矩，主梁和主塔所受的轴力更大，梁柱效应对桥梁的影响相应会更加突出；结构的变形也会相应增大，大位移效应更加突出。
本文结合某桥梁工程为背景，对该桥进行有限元分析方法介绍和有限元分析，结果表明：在最不利荷载作用下，桥梁在3种不同的几何非线性影响因素作用下，效果显著，超过了10%。
所以，在设计和施工过程中应该重视几何非线性。
工程概况某大桥全长2200m，主跨1200m，边跨200m+300m，边跨设置辅助墩，主梁梁宽35m，梁高16m，斜拉索主梁上间距14m，塔上间距2.8m 至6.1m，每塔立面布置36对斜拉索。
有限元分析方法平面分析方法及局限性一般用于初步设计中、上、下桥面系的刚度分别合并到上、下弦杆，横向分布的多索面和多主桁也合并成为单索面和单主桁。
采用平面梁单元模拟弦杆、主桁和主塔，桁架单元模拟斜拉索。
平面有限元分析方法具有模型简单、计算量小等特点，但也存在很多不足，不能准确得到桥梁在横向不对称力作用下的受力情况，以及桥面系横桥向的应力分布，亦不能完全得出桥梁各个杆件的受力状况，因此，平面有限元方法一般适用于桥梁的初步设计。
空间分析方法及局限性全空间板壳法是将全桥的所有杆件都采用板壳单元来模拟，它精准地反映桥梁各构件力学特性，分析得出准确的结果。
但是采用全空间板壳法时，节点和单元的数量大跨度斜拉桥几何非线性变形和受力状态的影响文/新疆路桥建设集团有限公司 陈明生惊人，计算量十分庞大，很难应用到复杂大型桥梁的整体分析中，一般适用于局部分析。
有限元模型的建立使用Midas/Civil 2015建立大桥稳定分析有限元模型，按该桥的结构设计要求，在构件连接处、主要施工荷载作用处设置空间节点。
悬索桥的计算方法及其历程1
悬索桥的计算方法及其发展悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主要结构型式之一。
悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚碇等构成。
从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。
悬索桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。
考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限位移理论。
挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步设计阶段的结构设计计算。
有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接用于设计计算有诸多不便和困难。
悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。
这种理论主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。
悬索桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论最初的悬索桥分析理论是弹性理论。
弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径小于200米的悬索桥设计中应用［1］。
但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。
它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。
由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。
挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。
斜拉桥几何非线性简化分析综述
斜拉桥几何非线性简化分析综述摘要：本文研究了大跨度斜拉桥的几何非线性效应，并介绍了几种计算方法。
在此基础上, 以工程实例为研究对象,得出一些有参考价值的结论。
关键词：斜拉桥几何非线性1.斜拉桥的结构特点斜拉桥是一种高次超静定的柔性结构，在施加荷载前后，结构和主要部件的形状及轴线有较大的改变，作用力与变形量不成线性比例关系，力的叠加原理不在适用，结构的大变形问题比较突出，考虑斜拉桥的几何非线性主要从三个方面入手：垂度效应、大变形效应和弯矩轴向力组合效应。
1.1垂度效应考虑斜拉索非线性变化的简便方法是把它视为与它的弦长等长度的桁架直杆。
其等效弹性模量包括材料变形、构造伸长和垂度变化三个因素的影响，其表达式为：1.2弯矩与轴力的组合效应斜拉桥的斜拉索拉力使其他构件处于弯矩和轴力组合作用下，这些构件即使满足胡克定理的情况下也会呈现非线性特性。
构件在轴力作用下的横向挠度会引起附加弯矩，而弯矩又影响轴向刚度的大小，此时叠加原理不在适用。
因此，轴向力可以被看做为影响刚度的一个参数，一旦这些参数对横向刚度的影响确定下来，就可以处于线性分析的方法进行近似计算。
1.3大变形效应2.几何非线性的分析方法几何非线性指大位移问题。
对于斜拉索这样的钢材，在设计荷载作用下不会出现很大的应变。
因此，斜拉桥的几何非线性问题属于大位移小应变问题。
而材料的应力应变关系是线性的。
目前用数值解的方法如增量法、迭代法和混合法求取近似解。
2.1增量法增量法是指荷载以增量的形式逐级加上去，对于每个荷载增量作用过程中假定结构的刚度是不变的。
在任一荷载增量区间内节点位移和杆端里都是由区间起点的刚度矩阵计算出，然后利用求得的节点位移和杆端力求出相对于增量区间终点变形后的位置上的刚度矩阵，作为下一荷载增量i级作用下的平衡方程：2.2迭代法迭代法是将整个外荷载一次性加到结构上，节点位移用结构变形前的切线刚度求得，然后根据结构变形后的结构计算结构刚度，求得杆端力。
大跨度悬索拱桥几何非线性空间地震响应分析
大跨度悬索拱桥几何非线性空间地震响应分析
邵长江;钱永久;卜一之
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2005(030)004
【摘要】将大跨度悬索拱桥简化为空间有限元计算模型,采用人造地震波在3个正交分量同时作用,分析了悬索拱桥几何非线性响应规律,并对行波效应和相干损失的影响行了比较分析,结果表明在考虑相干损失和行波效应的地震激励下,结构的响应量比仅考虑行波激励的结果较大.
【总页数】4页(P74-76,95)
【作者】邵长江;钱永久;卜一之
【作者单位】西南交通大学,土木学院,四川,成都,610031;西南交通大学,土木学院,四川,成都,610031;西南交通大学,土木学院,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】U442.5+5
【相关文献】
1.大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析 [J], 赵灿晖;周志祥
2.大跨度悬索拱桥非线性分析 [J], 卜一之;杨兴旺
3.一致激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析 [J], 施成;蔺鹏臻;刘应龙;何志刚;周朋
4.多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析 [J], 施成;蔺鹏臻;周朋;何志刚
5.多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析 [J], 施成;蔺鹏臻;周朋;何志刚;;;;
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大跨径拱桥拱轴线参数对几何非线性影响研究
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
山 西 建 筑
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ． ２ １３ ２
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文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ ２ ．３ ５０ １０ —８ ５ ２ １ ）２０ ４ —２
当 引 入 边 界 条 件 后 ， 可 应 用 Ｎｅ ｔｎＲ ｐ ｓｎＦ ｒ ］ ｉ 即 ｗ ｏ —ａ ｈｏ ｏｍｕ ｔ ｎ ａｏ
１２ 有 限 元 离散 ．
［ ］ 陈伟章 ． ８ 简支梁的连 续桥 面在 梁端接 缝 处不 宜设置 橡胶 板
［ ］ 市政技术 ，９ ２ １ ：２ Ｊ． １ ９ （ ）４
强度材料应用和施工两大难题 ， 为钢管混凝 土劲性 骨架拱桥 在大 矢跨 比 ｆ Ｌ和 拱轴线 系数 ｍ。使 用 ＡＮ Ｙ ／ Ｓ Ｓ对其变 参计算 弹性
跨径方面 的应用提供 了客观 的需求 。
按 采用 钢管 随着拱桥跨 径 的增 大 ， 拱桥 几何 非 线性 的影 响也 将不 容 忽 采用 箱形截面 ， 照劲性 骨架 钢管 混凝 土拱 桥 的特点 ， 混凝 土做 骨架 ， 拱箱 采用 混凝 土结 构 ； 计算 模型 采用 空间有 限元 视， 而在进行极 限承 载力计算 时应 当考 虑材料非 线性 的影 响。 目 钢管 和钢 管混 凝土采用 Ｂ ａ ｅｍ单元 ， 拱箱采用 Ｓ ｅ 单元 。 ｈｌ ｌ 前常用的桥梁通用程序大都采用 弹性 理论计算 ， 很少 考虑这 些非 单 元 ， 线性的影响 ； 而对于 有 的大型 通用有 限元 结构 分析程 序 ， 为不 ２ 拱桥 非线 性影 响 因 是专门为桥梁工程设计 的 ， 然考虑 了几何 非线性 、 料非线性 、 虽 材
桥梁工程中的非线性分析与设计
桥梁工程中的非线性分析与设计近年来，随着桥梁工程的不断发展和复杂化，非线性分析与设计在桥梁工程中的重要性日益凸显。
传统的线性分析只考虑结构的线性行为，无法准确模拟桥梁在实际使用过程中的非线性响应。
因此，采用非线性分析方法进行桥梁设计，可以更真实地反映桥梁的力学行为，有效提高桥梁的安全性和可靠性。
一、材料非线性材料非线性是桥梁工程中常见的一种非线性。
材料的非线性包括弹性极限、屈服强度、塑性变形等不同形式。
在桥梁的设计中，通常使用的是高强度钢材和混凝土，这些材料的非线性行为对桥梁的力学性能起着关键作用。
在桥梁的设计中，需要对材料的非线性行为进行精确的模拟和分析。
例如，当桥梁受到荷载作用时，混凝土可能发生压力大于其抗压强度的情况，这就需要通过非线性分析方法来确定桥梁的极限承载力。
此外，在考虑地震效应时，钢材的弹塑性行为也需要被考虑进来，以准确预测桥梁在地震中的响应。
二、几何非线性除了材料非线性外，几何非线性也是桥梁工程中的重要问题。
几何非线性指的是结构在受力后发生的形状变化引起的非线性效应。
在桥梁的设计和分析中，常常需要考虑结构的大变形和非线性变形。
在桥梁的荷载响应分析中，如不考虑几何非线性，桥梁结构可能会被低估，导致设计不足。
因此，在桥梁的设计中采用非线性分析方法可以更准确地预测桥梁的行为。
例如，在考虑桥梁侧向位移限制时，需要采用几何非线性分析方法，以考虑桥梁的大变形效应。
三、时变非线性在桥梁的使用过程中，桥梁结构会受到多种时变荷载的作用，如温度变化、交通荷载、地震等。
这些时变荷载会导致桥梁结构的非线性响应。
时变非线性是桥梁工程中的另一个重要问题。
在桥梁的设计和分析中，需要考虑时变非线性效应，以准确预测桥梁的变形和应力响应。
例如，在考虑交通荷载作用下的桥梁响应时，需要采用非线性分析方法考虑荷载的变化率和变化方向，以模拟桥梁的实际响应。
四、非线性分析与设计的方法为了解决桥梁工程中的非线性问题，研究者们发展了多种非线性分析与设计方法。
大跨度桥梁考核作业详解
2016级大跨度桥梁考查题（每题10分，共100分）一、简述悬索桥中主缆无应力索长的计算思路和方法？答：悬索桥中、边跨中，各索股由索夹紧箍成一条主缆，因而，通过求解主缆中线再 求索股的无应力长度。
但是，悬索桥不同于其他的桥型，其主缆线形并不能由设计者人为确定，而需根据成桥状 态的受力而定。
所以，先确定成桥状态主缆各控制点(IP 点和锚点)的位置、矢跨比和主缆的截面几何形状参数、材料参数等，再采取解析迭代法，确定主缆的线形，并求解主缆的缆力和主缆中线的有、无应力长度，然后进一步求解包括锚跨在内的索股长度。
主缆自由悬挂状态下，索型为悬链线。
取中跨曲线最低点为坐标原点，则对称悬链线方程为：式中：c=H/q ；H 为索力水平投影；q 为主缆每延米重。
主缆自重引起的弹性伸长量为：主缆无应力长度为：210S S S S ∆-∆-=根据成桥状态主缆的几何线型、桥面线型，求得各吊索的有应力长度，扣除弹性伸长量，即得吊索无应力长度。
二、简述悬索桥中主索鞍为何要设置边跨方向的预偏？答：在空缆状态,由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同,导致相邻跨主缆水平分力不等。
此时,若索鞍仍保持在成桥位置,会使主塔承受较大的不平衡力,需要通过桥塔自身变形来平衡。
然而在实际情况中,靠主塔变形改变跨度,减小不平衡力是不现实的,需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力,使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态,此时的偏移量或偏转量就是索鞍的预偏量。
悬索桥桥塔设计的合理成桥状态是塔顶没有偏位，塔底没有弯矩，此时塔顶相邻跨主缆水平分力相等。
在空缆状态，由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同，导致相邻跨主缆水平分力不等。
此时，若索鞍仍保持在成桥位置，会使主塔承受较大的不平衡力，需要通过桥塔自身变形来平衡。
然而在实际情况中，靠主塔变形改变跨度，减小不平衡力是不现实的，需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力，使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态。
三、简述主缆和吊索的安全系数一般如何设计取值？答：（1）主缆：国内悬索桥主缆设计采用容许应力法，安全系数一般取 2.5。
不同跨度斜拉桥施工过程中几何非线性的影响的开题报告
不同跨度斜拉桥施工过程中几何非线性的影响的开
题报告
题目：不同跨度斜拉桥施工过程中几何非线性的影响
背景：
斜拉桥是一种兼具美观与实用的大型桥梁结构，其采用斜拉索进行
主要承载，可以克服悬索桥固有的位移问题，兼顾梁桥的稳定性，因此
在工程实践中被广泛采用。
而斜拉桥在建设过程中需面对许多挑战，如
地形复杂、建筑条件苛刻、施工难度大等，这些因素都有可能导致桥梁
结构的非线性变形。
因此，探究不同跨度斜拉桥施工过程中几何非线性
的影响具有实用意义。
问题：
在不同跨度斜拉桥施工过程中，几何非线性对桥梁结构的影响有哪些？
目的：
掌握斜拉桥施工过程中几何非线性的影响，为斜拉桥建设提供科学
依据。
方法：
通过文献调研和实验分析，对不同跨度斜拉桥施工过程中的几何非
线性进行分析，以探究其对桥梁结构的影响。
预期结果：
1.分析不同跨度斜拉桥施工过程中的几何非线性，包括曲率、偏转、拱度等变形情况；
2.分析几何非线性对桥梁结构的影响，掌握非线性变形的机理和特点；
3.探究几何非线性对斜拉索和桥塔的影响，从而为斜拉桥结构设计和施工提供科学依据。
大跨度斜拉桥非线性地震反应分析
大跨度斜拉桥非线性地震反应分析收稿日期:2008209227作者简介:蔡 磊(19792),男,兰州交通大学土木学院硕士研究生,甘肃兰州 730070熊利锋(19792),女,助理工程师,甘肃省水土保持研究所,甘肃兰州 730000周世军(19612),男,博士生导师,教授,兰州交通大学土木学院,甘肃兰州 730070蔡 磊 熊利锋 周世军摘 要:为了探索斜拉桥梁的整体受力性能,以徐州市和平路跨铁路站场斜拉桥主桥设计方案为具体的分析对象,选取结构在地震作用下的结构反应及受力性能进行研究,以期望对今后此类桥型的设计与施工能具有一定的指导意义。
关键词:斜拉桥,有限元,几何非线性,静力分析,垂度效应中图分类号:U448.27文献标识码:A1 计算模型选取本文的主要内容是大跨度斜拉桥的动力几何非线性计算分析,以徐州市和平路跨铁路站场斜拉桥为工程背景,徐州市跨铁路站场斜拉桥全长176m +192m ,主桥采用单塔双索面预应力混凝土斜拉桥,塔梁墩固结,176m 侧为3%纵坡,192m 侧为0.5%纵坡,凸曲线,中间塔梁固结处采用半径为R =5000m 的圆曲线过渡,利用通用有限元程序ANSYS8.1对该桥进行了几何非线性地震反应分析。
具体来说,本文运用有限元软件ANSYS 对主桥结构进行不同地震波作用下的分析与研究。
结构地震反应分析的基础是选取地震激励模型与计算结构动力特性[1]。
斜拉桥的动力特性受多种因素的影响,计算模型的选取直接影响到结构的动力特性,计算模型的模拟应着重于结构的刚度、质量和边界条件的模拟。
它们应尽量和实际结构相符。
据此,将全桥离散成如图1所示的“脊梁式模型”。
2 动力特征计算[4]动力特性采用ANSYS 空间有限元动力分析程序计算,共计算了前100阶振型,表1列出了结构前5阶振型及其相应的频率。
表1 成桥状态结构固有动力特性振型频率/Hz 振型特征第1振型0.32902主梁反对称竖弯第2振型0.60877主梁正对称竖弯第3振型0.67787主梁反对称扭弯第4振型0.77083塔横向同向弯曲第5振型0.78429塔横向异向弯曲 由表1及计算结果可以得出徐州市跨铁路站场斜拉桥的动力特性有以下特点:1)徐州市跨铁路站场斜拉桥的第1振型为主梁反对称竖弯,自振频率约为0.32902Hz ,基本周期为3.03932s ,因为主梁相对于塔墩来说刚度较小,因此第1振型特征为竖桥向反对称弯曲。