[發明專利]基于曲線斜拉橋專用分析程序的分析方法及系統

有效

• 申請號: 201310180864.1
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103226643A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 楊昀;陳國榮;向學建;齊鐵東;王曉雷;楊飛;劉殿元
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所;河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 趙建剛

技術領域

本發明涉及橋梁建筑設計領域，尤其涉及一種基于曲線斜拉橋專用分析程序的分析方法及系統。

背景技術

目前仍在使用的QJX系列橋梁結構分析系統，經過不斷完善和修改，已經得到行業的好評。但是它只能對結構進行平面分析，對空間分析問題就沒辦法。為彌補這一缺陷，行業中近幾年開始引進國外空間分析程序或自編空間分析程序。如ANSYS、MIDAS。ANSYS由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發，它與其他軟件有接口，可以實現數據的共享和交換，如AutoCAD、Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor等，是現代產品設計中的高級有限元分析工具之一。而MIDAS/CIVIL是韓國浦項制鐵集團公司研制開發的橋梁專業設計計算軟件，至今在世界上4500多個大型工程項目中得到了廣泛的應用，并于2002年獲得國際產品質量體系的驗證，該軟件在20世紀90年代末引入我國，并采用中國的交通規范進行編制，是有名的土木工程結構分析與設計軟件。這些程序為解決城市道路、野外橋梁設計計算起到非常關鍵的作用。

但是針對曲線矮塔斜拉橋這種特殊結構，上述程序還是不能非常全面地分析結構的受力性能。主要原因如下：

(1)國外軟件有代表性的是ANSYS和MIDAS/CIVIL。ANSYS軟件功能強大，系統穩定可靠，是目前應用較為廣泛的大型綜合有限元分析程序。它可以解決各種復雜力學計算問題，但它畢竟不是橋梁專業程序，在建模、張拉力、預應力模擬和施工過程模擬等方面不夠專業與方便，計算時間也比較長，還有徐變收縮因素對預應力損失的影響不易模擬，致使預應力損失計算不準。而MIDAS/CIVIL梁格單元功能建模很好，預應力輸入方便，易于檢查。但不能模擬豎向預應力計算，且無法全面考慮梁單元的抗扭剛度、剪力滯、偏心荷載作用等。

(2)曲線矮塔斜拉橋結構預應力效應影響大，應當進行三向預應力整體分析。目前大多程序采用空間梁格單元，故無法滿足計算要求。

縱觀國內外橋梁計算軟件可以看出，目前針對矮塔斜拉橋、特別是曲線矮塔斜拉橋的分析尚無專用空間分析系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在計算機上執行，基于曲線斜拉橋專用分析程序的分析方法及系統，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于曲線斜拉橋專用分析程序的分析方法，包括以下步驟：

S1，將曲線斜拉橋施工分析過程表示為兩層循環，第一層循環為階段性分析循環，第二層循環為每個階段性分析循環內的徐變和收縮分析循環；

S2，采用虛擬單元模擬施工過程結構的變化和體系的變化，在整個模擬施工過程中保持結構的整體剛度矩陣不變；

S3，在徐變和收縮分析時，采用指數函數模型，基于所述模型建立遞推公式進行分析；

S4，采用鋼束混凝土單元，將所述鋼束混凝土單元的灌漿前狀態和灌漿后狀態分為緊鄰的兩個階段，在每一個所述階段內模擬鋼束與混凝土的變形、預應力的耦合作用；

S5、采用拉索單元，模擬張拉過程，將所述拉索單元在錨固前狀態和錨固后狀態分為緊鄰的兩個階段，所述張拉過程為在桿單元兩端加上張拉力的過程，在所述錨固前狀態階段不考慮索力只引入位移變形進行分析，在所述錨固后狀態階段綜合索力和位移變形進行分析；

以上步驟中S3、S4、S5執行不分先后。

優選的，S1具體為：

根據設計參數構建鋼束混凝土單元、拉索單元和桿單元，模擬橋梁施工過程，將每一個所述單元的施工過程劃分為若干階段，循環分析所述若干階段形成所述階段性分析循環；為一個所述階段內的施工過程基于時間步長變化循環分析徐變和收縮變化形成徐變和收縮分析循環。

優選的，具體包括以下步驟：

a.接收用戶輸入的初始數據；

b.初始化并建立分塊信息，將整個曲線斜拉橋施工過程劃分為若干階段；

c.判斷對稱循環LO是否小于等于jieduan，如果是則執行d.如果否則執行k.；

d.形成整體剛度矩陣；

e.形成等效結點荷載；

f.判斷對時段循環J是否小于等于mt，如果是則執行g.如果否則執行j.；

g.計算徐變增量；

h.計算位移增量；

i.計算應力增量；

j.輸出計算結果，執行c.；

k.結束；

其中：jieduan代表階段數；mt代表該階段的時間步數。