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索单元初始几何信息的定义
创建者:吕良,编辑者:吕良,最近更新:2020/05/26 16:29:54

问题描述:

       索单元常用于大跨斜拉桥和悬索桥当中,在SAP2000CSiBridge中在绘制索单元后,用户需要定义索的初始几何信息。在【编辑索的几何数据】对话窗口中,索的初始几何信息如何定义,相关参数的含义是什么?

解答:

       索是柔性结构,仅能承受轴力的作用,无法传递弯矩及剪力。索结构的几何形状与其受力状态和空间位置息息相关,两者存在着显著的非线性关系。由于索单元在受力后其几何形状是依据荷载的分布来变化的,在绘制构件时无法确定索的最终形状。但是无论索的几何形状及荷载分布如何变化,索的无应力长度是不变的。在软件中形状计算器最终确定的是索的无应力长度。

       对于索单元来说在索端张力、索的水平张力、跨中垂度、或悬索长度任一参数确定的条件下,即可确定唯一的索线形,反过来也是成立的。对应的,在几何形状计算器中,有多种方式来确定索的初始几何形状:如Cable-Tension At i-End、Cable-Tension At J-End及一些其他方式,通过用户指定的边界张拉条件或垂度等条件,软件会算出索的无应力长度,当然用户也可以直接指定无应力长度。

       需要注意的是,这里计算的形状并不发生在任意工况中,且计算的索力也不是直接作用在索上。形状计算器只确定索的无应力长度,而索的变形形状和承受的荷载由具体的荷载工况中结构的行为确定。

理解了索单元【形状计算器】的最终目的后,在【编辑索的几何数据】窗口的参数就比较简单了。


       在【编辑索的几何数据】窗口中【索类型】中有多种方式方式来定义索的几何形状,求出索的无应力索长:

Cable-Minimum Tension At I-End: i端张拉力最小时对应的索长;

Cable-Minimum Tension At J-End :当j端张拉力最小时对应的索长;

Cable-Tension At I-End:输入i端张拉力;

Cable-Tension At J-End:输入j端张拉力;

Cable-Horizontal Tension Component:输入水平张拉力分梁;

Cable-Maximum Vertical Sag: 输入最大垂度;

Cable-Low-Point Vertical Sag:输入最低点垂度;

Cable-Undeformed Length:输入无应力索长;

Cable-Relative Undeformed Length:输入相对弦长的应力索长;

       以上这几种定义方式虽然从不同的角度来描述索在绘制时的状态,但是其核心的内容都是求解索的无应力长度。现在通过i端张拉(Cable-Tension At i-End)的方式来简要说明索的初始几何信息的定义,其他几种定义方式类似,这里不重复介绍。具体定义窗口如下所示。

  1. 绘制索单元时,用户通过连接两个节点的方式来绘制。红色选框1中,会显示索单元两端的两个节点,通过两个节点坐标可以得到索单元的弦长(两端点的直线距离),上图中索的弦长为6m。软件也会计算出索在变形前的及几何形状,勾选红框4中的变形前几何形状,即会显示各个剖分节点坐标。
  2. 这里通过输入i端张力方式来定义索的无应力索长,因此还需要输入索i端的张拉力,输入张力为90KN。此时程序会依据索的自重、空间位置,以及张拉力,计算出索j端的张拉荷载、索变形后的垂度长度、形状等信息,如红框3中所示。其中最重要的信息为红框3中的变形前的索长,该索长即为索的无应力索长。
  3. 在分析时,程序将索以无应力索长的长度添加于结构当中,如索两节点之间的弦长大于索的无应力索长,此时索为张紧状态,如弦长小于索长,索为松弛状态。如上图中,索的无应力索长为5.9958,而弦长为6m,则说明索是张紧的状态。


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