基于吊索力显式计算原理的悬索桥成桥平衡态确定高效迭代算法

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：朱伟华,黄练,颜东煌,黄国平

单位：湖南城市学院 土木工程学院, 益阳 413000,广西民族大学 建筑工程学院, 南宁 530006,长沙理工大学 土木与 环境工程学院, 长沙 410000,湖南城市学院 土木工程学院, 益阳 413000,湖南城市学院 陶粒混凝土技术研发与应用湖南省工程研究中心, 益阳 413000

摘要：提出悬索桥成桥状态的无应力构形高效算法。首先,将悬索桥结构划分为加劲梁、主缆等主要受力构件,并利用对称性原理对中跨主缆结构进行划分。其次,基于加劲梁受弯线性叠加原理,通过刚性支承连续梁法构建加劲梁位形计算的线性方程组。随后,运用线性代数理论求解该线性方程组,并利用线性算法显式求解悬索桥成桥吊索的索力。接着,利用悬链线方程理论构建主缆位形方程,显式求解主缆索段的无应力构形。根据力学平衡条件,确定悬索桥成桥的目标函数,并根据弹性悬链线理论构建迭代切线刚度矩阵。最后,通过迭代求解目标函数的主缆无应力构形,实现利用两者混合悬链线理论求解悬索桥成桥平衡状态的计算方法。结果表明,本文算法计算的成桥吊索力与有限元模型之间的最大差值不超过20 N;在三种算法中,中跨始端IP点处的水平缆力及竖向缆力计算数据基本一致,计算差值控制在3.0 kN以内;中跨无应力计算长度的最大差值为6.6 mm,而成桥主缆线形的最大差值为0.7 mm。揭示了悬链线方程理论与弹性悬链线理论在求解悬索桥成桥主缆几何非线性方面的一致性。

关键词：悬索桥,成桥平衡状态,主缆找形,混合悬链线理论,吊索力显式计算,

基金资助：湖南省教育厅科学研究项目优秀青年科学项目(24B0734);湖南省教育厅科学研究项目重点项目(24A0566);广西民族大学科研基金(引进人才科研启动项目:2023KJQD48);广西壮族自治区第一批青苗人才资助科研项目(301780209);广西青年科技人才托举工程(GXYESS2025176)资助项目。