本技术公开了一种基于分割法的斜拉桥受力与变形优化计算方法及系统,方法包括构建主梁系统模型和桥塔系统模型;将拉索简化为弹性支座,计算弹性支座的弹性支承刚度;选定表征支座内力和变形的两个独立初参数;根据弹性支座附近受力和弹性支承刚度推算末端支座的受力和变形;根据末端支座的受力和变形数据以及末端支座的边界条件,建立关于两个独立初参数的二元一次联立方程组,求解两个独立初参数并代入相邻两个支座的内力和变形计算公式,获得各支座处的内力和变形;根据各支座处的内力和变形计算桥塔内力;本发明通过分割主梁系统和桥塔系统的计算过程,并考虑各系统之间的刚度传递关系,实现对多塔斜拉桥的高效计算和准确变形分析。
背景技术
斜拉桥作为一种超静定结构,其施工阶段受力复杂,体系转换过程较多,几何非线性效应显著。需要通过受力和变形计算确保结构的强度、刚度和稳定性满足要求,避免失效或垮塌等不安全事件。
目前,斜拉桥的受力和变形计算广泛采用刚度矩阵法,但这一方法在大型桥梁的应用中仍然面临诸多挑战。首先,由于斜拉桥的复杂结构特点,刚度矩阵的阶数较高,使得矩阵求解过程变得繁琐且计算量庞大。这种计算负荷随着桥梁跨度和塔数的增加而显著上升,导致在计算过程中需要大量的计算资源和时间投入。此外,当桥梁结构具有较高柔性时,刚度矩阵可能趋于奇异状态,即接近不可逆的情况,可能引发数值不稳定的问题,从而影响计算结果的可靠性和准确性。
在斜拉桥的受力分析中,桥塔、主梁和斜拉索之间的相互作用复杂,往往涉及多重约束和复杂边界条件。刚度矩阵法在处理这类复杂约束条件时,通常需要进行大量的矩阵修正和边界条件处理,进一步增加了计算的复杂性。同时,为保证结果的准确性和合理性,刚度矩阵法对计算精度的要求极高,甚至可能需要通过其他数值方法(如罚函数法或拉格朗日乘子法)来加强边界条件的处理。另外,刚度矩阵法依赖于线性分析假设,对于实际斜拉桥结构中常见的几何非线性、材料非线性以及由于索力变化而引起的系统刚度变化等因素,适应性较差。这些非线性因素会导致桥梁结构在不同荷载条件下的刚度发生变化,而刚度矩阵法对这种变化的捕捉能力有限,通常需要借助其他数值分析方法(如非线性有限元分析)来补充,以便更好地反映实际桥梁结构的受力和变形状态。
因此,亟需一种能够实现对多塔斜拉桥的高效计算和准确变形分析的计算方法。
实现思路