材料非线性对独塔斜拉桥静力分析的影响研究

马鸿祥 陈大海 秦 力

0 引言

斜拉桥是由桥塔、加劲梁和斜拉索构成的组合结构体系，以跨越能力大、结构新颖而成为现代桥梁工程中发展最快、最具竞争力的桥型之一[1]。对于斜拉索长度小于400 m的中小跨度斜拉桥，几何非线性的影响采用等效弹性模量法即可达到足够的精度，但在主梁和主塔的一些关键部位，材料非线性的影响会更加显著[2]。

本文利用有限元分析软件ANSYS，建立了吉林市临江门斜拉桥有限元分析模型，综合考虑几何非线性和材料非线性的影响，对斜拉桥进行非线性静力分析，为斜拉桥设计提供参考。

1 非线性分析的处理

1.1 几何非线性影响因素的处理

斜拉桥几何非线性影响因素概括为斜拉索垂度效应、弯矩和轴力组合效应、大变形效应[3，4]。斜拉索非线性处理方法可将其视为与其弦长等长的桁架直杆，其等效弹性模量包括材料变形、构造伸长和垂度变化三个因素的影响。斜拉索拉力使构件处于弯矩和轴力组合作用下，其非线性特性采用单元初应力刚度矩阵的方法计入。大位移效应利用ANSYS程序中的有限位移理论考虑。

1.2 材料非线性影响因素的处理

材料非线性主要是指材料本构关系的非线性，对于混凝土材料，屈服准则采用五参数屈服准则，强化模型为多线性随动强化模型，加固材料采用双线性随动强化模型[5]。

利用ANSYS软件进行曲线拟合，得到混凝土应力—应变曲线如图1所示。

图1 ANSYS中拟合的混凝土应力—应变曲线

2 建立斜拉桥有限元分析模型

2.1 工程概况

吉林市临江门斜拉桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。……