懸索橋有限元計(jì)算的三節(jié)點(diǎn)空間鞍座單元

齊東春， 沈銳利， 劉章軍， 談云志

（1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌443002；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031）

懸索橋有限元計(jì)算的三節(jié)點(diǎn)空間鞍座單元

齊東春1，2， 沈銳利2， 劉章軍1， 談云志1

（1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌443002；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031）

為了進(jìn)行空間纜索懸索橋主纜與塔頂鞍座間接觸非線性的計(jì)算，開發(fā)了包括塔頂鞍座及兩側(cè)主纜在內(nèi)的三節(jié)點(diǎn)空間鞍座單元.基于空間懸鏈線理論及主纜與鞍座的幾何關(guān)系，對單元進(jìn)行狀態(tài)求解，得到主纜與鞍座的切點(diǎn)位置及切點(diǎn)索力，根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算單元精確的節(jié)點(diǎn)力；由增量代替微分，根據(jù)切線剛度矩陣的定義計(jì)算單元剛度矩陣的元素.空間鞍座單元自動滿足主纜與鞍座相切，通過修改一個參數(shù)可實(shí)現(xiàn)鞍座頂推的計(jì)算.計(jì)算表明：計(jì)算結(jié)果與數(shù)值解析解結(jié)果完全相同，收斂速度較快，在每次狀態(tài)求解時，迭代次數(shù)在12次以內(nèi).

懸索橋；空間鞍座單元；有限元法；接觸非線性；切線剛度矩陣

主纜與鞍座的接觸非線性問題一直是懸索橋計(jì)算的難題［1］.為解決這一問題，國內(nèi)外學(xué)者采用解析法和有限元法兩種不同方法對平面纜索體系懸索橋的主纜與鞍座接觸非線性問題進(jìn)行了探討.文獻(xiàn)［2-3］采用解析法，根據(jù)主纜與塔頂鞍座的幾何關(guān)系和靜力平衡條件建立了多元非線性方程組，求解方程組獲得主纜與鞍座在成橋狀態(tài)下的切點(diǎn)位置.由于解析法在成……