材料非線性對獨塔斜拉橋靜力分析的影響研究

馬鴻祥 陳大海 秦 力

0 引言

斜拉橋是由橋塔、加勁梁和斜拉索構成的組合結構體系，以跨越能力大、結構新穎而成為現代橋梁工程中發展最快、最具競爭力的橋型之一[1]。對于斜拉索長度小于400 m的中小跨度斜拉橋，幾何非線性的影響采用等效彈性模量法即可達到足夠的精度，但在主梁和主塔的一些關鍵部位，材料非線性的影響會更加顯著[2]。

本文利用有限元分析軟件ANSYS，建立了吉林市臨江門斜拉橋有限元分析模型，綜合考慮幾何非線性和材料非線性的影響，對斜拉橋進行非線性靜力分析，為斜拉橋設計提供參考。

1 非線性分析的處理

1.1 幾何非線性影響因素的處理

斜拉橋幾何非線性影響因素概括為斜拉索垂度效應、彎矩和軸力組合效應、大變形效應[3，4]。斜拉索非線性處理方法可將其視為與其弦長等長的桁架直桿，其等效彈性模量包括材料變形、構造伸長和垂度變化三個因素的影響。斜拉索拉力使構件處于彎矩和軸力組合作用下，其非線性特性采用單元初應力剛度矩陣的方法計入。大位移效應利用ANSYS程序中的有限位移理論考慮。

1.2 材料非線性影響因素的處理

材料非線性主要是指材料本構關系的非線性，對于混凝土材料，屈服準則采用五參數屈服準則，強化模型為多線性隨動強化模型，加固材料采用雙線性隨動強化模型[5]。

利用ANSYS軟件進行曲線擬合，得到混凝土應力—應變曲線如圖1所示。

圖1 ANSYS中擬合的混凝土應力—應變曲線

2 建立斜拉橋有限元分析模型

2.1 工程概況

吉林市臨江門斜拉橋為獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋。……