两跨连续时摩擦滑移悬链线索的理论分析与二次开发

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索作为大跨度结构中的受拉构件,以其高效、经济、轻质等特点在缆索吊装系统、悬索桥等大跨结构中起着重要作用,而在索的计算理论中,两跨连续索的自重、找形、摩擦滑移等问题,始终无法避免。为解决此类问题,在学习和总结国内外学者研究的基础上,在两索段总原长已知且不变的前提下,通过对两索段重新分配原长进而求解索段内力,并据此在ANSYS中创建了考虑索自重的两跨连续时摩擦滑移悬链线索单元,对索的摩擦滑移问题进行模拟且无需复杂的找形计算。首先,基于单跨悬链线索的迭代求解理论,得到局部坐标系下单跨悬链线索的刚度矩阵和跨中垂度;通过坐标转换矩阵,得到整体坐标系下单跨悬链线索的刚度矩阵,并进而将其扩展叠加,得到整体坐标系下两跨连续悬链线索的刚度矩阵。考虑到实际工程中索与滑移节点处的摩擦作用,依据滑移节点处摩擦理论,得到摩擦滑移节点处的传力系数表达式。然后,在两索段总原长已知的且不变前提下,由两跨连续时摩擦滑移悬链线索单元的两索段原长变化范围,确定索段原长初值;通过单跨悬链线索计算理论与传力系数表达式,求得索段内力和滑移点处的传力系数,进而判断索段滑移状态并以数值形式描述;根据对索段滑移状态描述的数值,对两索段原长重新分配并更新索段内力与传力系数,再次对两索段原长重新分配,直至索段内力满足平衡关系。得到最终的索段原长后,进而求得索单元的内力等其它基本量。其次,利用FORTRAN语言,将两跨连续时摩擦滑移悬链线索单元的算法写入用于UPFs二次开发的核心文件中,开发出自定义版本的ANSYS。既丰富了ANSYS单元库,还可以将自定义单元与ANSYS自带单元联合使用以满足工程需要。最后,通过在ANSYS中调用两跨连续时摩擦滑移悬链线索单元,对两跨连续索算例进行验证,并对输电导线展放施工、悬索桥主缆架设、缆索吊装系统的简化模型模拟分析。分析结果与其他文献对比,证明了本文算法计算的可靠性与结果的正确性,同时验证了本文算法对实际工程中两跨连续悬链线索的摩擦滑移问题求解的可行性,且避免了复杂的找形计算。
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