Abaqus速成技巧 - 图文(8)

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（1）斜索垂度效应和结构大位移效应等几何非线性引起的不闭合。非线性本身并不会引起不闭合，即加载后再卸载结构位移、内力理论上也将归于初始状态。但实际有限元计算引入了一些假定，计算机计算也有舍入误差，造成非线性计算不闭合。由于常规计算中拉索用等效弹模模拟，缺少“力的恢复程序”，拉索非线性是造成计算不闭合的最大的因素。

（2）结构预应力、徐变、收缩引起结构倒拆的内力不闭合。原则上讲，倒装计算无法进行混凝土收缩、徐变计算，因为混凝土构件的收缩、徐变与结构的形成历程有密切关系。由于倒装计算的顺序是结构形成历程的逆过程，所以在倒装分析时，考虑结构的时差效应的影响是有一定困难的。 3. 确定合理施工状态的计算方法

施工中的结构计算分析不仅能对整个施工过程进行描述，反映整个施工过程中结构的受力特点，而且还能确定结构各个阶段的理想状态，为施工提供中间目标状态。

目前，在斜拉桥施工控制中，进行结构计算分析的方法主要有：前进分析、正装分析计算法，倒装分析法、正装一倒拆迭代法和无应力状态法。 3.1 前进分析

Leonhardt教授提出了两种用于确定施工理想状态的仿真计算方法：前进分析法（forward analysis）和倒退分析法（backward analysis）。

前进分析（肖汝诚，1993；陈务军，1998 ；Reddy P，1999；mari AR, 2000）是在确定了合理成桥状态和斜拉桥施工方案的基础上进行的，通过正装计算确定合理施工状态。采用与斜拉桥施工相同的顺序，指定新安装节段的安装标高（折线拼装），模拟整个施工过程，依次计算各施工阶段结构的施工内力和位移。拉索安装有两种方式：一种是指定索力或索力的某个分量（控制索力）；另一种是指定拉索安装引起的某点的位移大小或需要达到的坐标（控制位移）。

前进施工的安装索力和各节段的安装标高可由倒退分析得到，只要最终得到的成桥状态与预先确定的合理成桥状态偏离不大，且各个施工过程结构满足要求，受力合理，则可将它最为设计成桥状态。

在前进分析中，能较好地考虑一些与桥梁结构形成历程有关的影响因素，如混凝土收缩、徐变问题。 3.2 倒退分析

（葛耀君，1986；杜国华，1989；陈德伟，1990；马健中，1990；范立础，1992；秦顺全，1992；肖汝诚，1993；杨炳成，1998）倒退分析的基本思想是：以成桥合理状态作为初始状态，按照施工步骤的逆过程，一步一步对结构进行倒拆，分析每次卸除一个施工阶段对剩余结构的影响，从而算得各施工阶段的合理状态，确定各施工状态的控制参数（标高和索力以及控制截面应力）。

只要保证拆除时的几何形状的控制，在拆除部分内所有内力为零，倒退分析就是真实的。

表面上看，结构据此按正装顺序施工完毕时，斜拉桥的恒载内力和线型便可达到预定的理想状态。但实际上，由倒拆法确定合理施工状态，一般会遇到结构状态不闭合的麻烦，即按倒拆结果进行正装，将偏离成桥合理设计状态。 3.3 状态比较法

前进或倒退分析需要逐阶段计算，不能直接计算某阶段的状态，误差可能积累。已知斜拉桥的理想成桥状态，求施工中的任一状态。这是否一定要一步步前进或退回至该状态呢？完全不必。（沈为平，1996）只要将最终的成桥状态与已完成的部分作比较，将多出的单元及载荷一次性拆除，同时正向加上施工中的临时载荷，就可以直接确定这一状态，而无需记录各中间状态。 3.4 正装迭代法

实际上内力和位移不可能一次满足要求，可采用正装迭代法进行大循环计算（秦顺全，1992；肖汝诚，1993；颜东煌，1999；Cruz，1999；梁志广，2000）。（颜东煌，1999）提出的正装迭代法运用影响矩阵，根据最小二乘法原理调整各施工状态的张拉索力和立模标高。正装迭代法的基本思路为：先假定一个安装索力，且节点安装坐标假定为成桥设计标高，进行一次正装计算，得到一个成桥状态。将该成桥状态与事先定好的合理成桥状态进行比较，求出差值。利用索力影响矩阵，根据最小二乘法原理，通过使两个成桥状态的控制量差值最小来计算安装索力的调整量，得到新的安装索力；坐标的差值通过节点安装坐标调整。再进行新的一轮正装计算，直至收敛为止。该方法只需作正装计算，且将不闭合原因造成的影响通过最小二乘法原理减小到最低限度。 该迭代能很快收敛，且位移比内力收敛快。

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3.5 前进一倒退迭代法

前进一倒退迭代法它可有效地解决除分析状态不闭合以外的结构状态不闭合问题。 正装一倒拆迭代法的主要内容有：

（1）合理处理索垂度引起的非线性效应。采用表观模量法计入垂度效应。第一轮计算斜拉索的弹性模量用 阶段的索力对索弹性模量进行Ernst公式修正后作为第 阶段的模量，以后各轮迭代，利用上一轮相应阶段索力，用于本阶段Ernst公式修正计算中。 （2）徐变迭代计算

混凝土徐变与结构形成过程中构件应力历史有关，一般情况下，倒拆分析在理论上无法计算徐变。但在正装—倒拆迭代计算中，第一轮分析可不计徐变收缩，然后以第一轮正装计算记录的应力历史作为第二轮倒拆分析时徐变收缩计算的依据，逐阶段计入它们的影响，如此反复直至收敛。 3.6 无应力状态

以上介绍的前进分析、倒退分析、正装迭代和前进－倒退分析方法都具有一个严重弱点：斜拉桥架设各阶段的控制参数与施工密切相关，施工中若遇施工方案有较大的改变、施工荷载有较大的变化或温度与设计平均气温不符，则需重新进行计算。这对实际应用十分不利，例如，如果改变吊机重量，为了达到相同的成桥状态，则需要重新计算拉索初始张拉力和安装标高。气温的影响尤其复杂。另外，它还需要逐阶段前进或倒退计算，不能直接计算某阶段的状态，误差可能积累。

索力并不是一个内在变量（intrinsic characterization）。单元无应力尺寸才是内在变量，它是一个相对稳定，比较独立的量，施工方案、施工荷载无关。根据单元无应力尺寸才能建立斜拉桥施工阶段与成桥状态之间的联系。

（秦顺全，1992）无应力状态控制法的基本思想是：在线性状态下对一座已建斜拉桥进行解体，只要各单元无应力构形不变，则无论按什么程序恢复，还原后的结构内力和线型将与原结构一致。

（钟万勰，1992）提出的“斜拉索不变形预张力”其实就是计算斜拉索的无应力长度。武汉长江二桥采用无应力状态方法实现桥面安装。

新拼装单元的节点坐标由单元的无应力构形及新旧单元的连接情况确定，相当于切线拼装。它可以模拟采用螺栓连接的钢梁拼装。

提取整体弹性变形（包括拉压、弯曲、扭转变形），可以确定单元预制尺寸。“预制形状”作为附加荷载施加给结构（遵循指定位移规则和描述节段截面间连接的附加约束），正确模拟施工阶段内力的分配以及保证最终结构位于正确的位置。

由单元无应力预制形状用来完全代表施工阶段和成桥阶段的内力、位移状态，与施工方案、施工荷载无关，这是无应力状态法的巨大优点。无应力状态法另一个优点是，如果所有拉索均为一次张拉，则可以根据单元无应力尺寸直接计算任何一个阶段结构的内力和位移，而无需进行各阶段效应累加。 …… 此处隐藏：1181字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……