不同索單元形式對懸索橋受力分析的影響

許 琳，檀永剛，張 哲

(大連理工大學 建設工程學部，遼寧 大連 116024)

懸索橋跨越能力大，輕型美觀，廣泛應用于特大跨度的橋梁中。懸索橋是由主纜、加勁梁、吊索、主塔、鞍座、錨碇等構件構成的柔性懸吊體系。主纜是結構體系中主要的承重構件，主要承受拉力，是懸索橋設計的一個關鍵構件。主纜不僅可以通過自身的彈性變形，而且可以通過幾何形狀的改變來影響體系的平衡，表現出大位移非線性的力學特性，這是懸索橋區別于其它橋梁結構的重要特征之一,因此建立合理的索模型及其精確計算是保證懸索橋成橋后幾何線形滿足設計要求的必要條件[1]。懸索橋結構分析理論主要有彈性理論、撓度理論和基于有限位移理論的有限元法。其中有限位移理論較全面地考慮了大位移引起的懸索橋幾何非線性要素，摒棄了撓度理論的假設，具有計算結果精確、收斂迅速、適合電算等優點[2]。

目前，在基于有限位移理論的懸索橋有限元分析方法中，對主纜和吊桿單元的模擬主要有直線型桿單元和曲線形索單元兩大類型。其中直線型桿單元主要有：1)兩節點直線桿單元；2)用直桿單元模擬索單元，并通過Ernst公式考慮索的垂度效應。曲線形索單元主要有：1)兩節點懸鏈線單元；2)兩節點拋物線單元；3)三節點等參索單元；4)四節點等參索單元；5)五節點等參索單元。[3-5]

本文借助橋梁分析中常用的有限元程序ANSYS和MIDAS CIVIL對其中幾種索單元的模型進行比較，討論不同單元形式對懸索橋受力分析的影響。……