悬索桥非线性有限元静力分析及程序设计
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摘要
悬索桥属于缆索支承体系桥梁，是大跨度桥梁的主要形式。因其跨越能力大、
结构轻型美观，所以是特大跨度桥梁中非常有竞争力的桥型。
本文从悬索桥的理论发展入手，介绍了弹性理论、挠度理论、有限位移理论
的基本原理，并通过对三者的比较分析，说明了在现今计算机高速发展和应用的
背景下，有限位移理论是对悬索桥结构进行分析的最适合的理论。
本文利用有限元法，考虑了悬索桥三个主要几何非线性的影响要素：结构的
大变形效应、主缆的垂度效应及构件初始内力的影响，在更新的Lagrange基础上，
用平面有限元模型对悬索桥结构进行静力结构分析。采用在增量-迭代法基础上
的Newton-Raphson方法求解非线性方程。
本文用VB程序语言编制了悬索桥非线性有限元静力分析程序(SBSA)，并用
跨度为230m+648m+230m某悬索桥作为实例对程序结果进行了验证，结果表明该程
序计算结果可靠，具有一定的工程实用价值。
Suspension bridges are long-span bridges supported by cables. Because of their long span ability and light beautiful structures, suspension bridges are competitive bridge types of long-span bridges.
Starting with the theoretical development of suspension bridges, this thesis introduces the basic principle of linear-elastic theory, deflection theory and finite displacement theory, and through the comparative analysis to the three, proves under the background that the computer develops and uses at a high speed now, finite displacement theory is the best theory that analyses the structure of suspension bridges.
This thesis has considered the three primary geometric nonlinearity factors of suspension bridges: the cable sagging effect, the large deflection effect due to changes in geometry and the influence of initial strains, and carry on static structure analysis to the structure of suspension bridges with 2D finite-element models on the basis of Updating Lagrange form foundation.
The equations of nonlinearities are solved by the Newton-Raphson method based on increment-iterationwise.
The Suspension Bridge Static Analysis program (SBSA) is developed in VB program language in this thesis. To verify the program a certain suspension bridge of spans of 230 m + 648 m +230 m is used as an example. It indicates that the results of program are reliable by the program. So, the program has certain practical value of project.
结构轻型美观，所以是特大跨度桥梁中非常有竞争力的桥型。
本文从悬索桥的理论发展入手，介绍了弹性理论、挠度理论、有限位移理论
的基本原理，并通过对三者的比较分析，说明了在现今计算机高速发展和应用的
背景下，有限位移理论是对悬索桥结构进行分析的最适合的理论。
本文利用有限元法，考虑了悬索桥三个主要几何非线性的影响要素：结构的
大变形效应、主缆的垂度效应及构件初始内力的影响，在更新的Lagrange基础上，
用平面有限元模型对悬索桥结构进行静力结构分析。采用在增量-迭代法基础上
的Newton-Raphson方法求解非线性方程。
本文用VB程序语言编制了悬索桥非线性有限元静力分析程序(SBSA)，并用
跨度为230m+648m+230m某悬索桥作为实例对程序结果进行了验证，结果表明该程
序计算结果可靠，具有一定的工程实用价值。
Suspension bridges are long-span bridges supported by cables. Because of their long span ability and light beautiful structures, suspension bridges are competitive bridge types of long-span bridges.
Starting with the theoretical development of suspension bridges, this thesis introduces the basic principle of linear-elastic theory, deflection theory and finite displacement theory, and through the comparative analysis to the three, proves under the background that the computer develops and uses at a high speed now, finite displacement theory is the best theory that analyses the structure of suspension bridges.
This thesis has considered the three primary geometric nonlinearity factors of suspension bridges: the cable sagging effect, the large deflection effect due to changes in geometry and the influence of initial strains, and carry on static structure analysis to the structure of suspension bridges with 2D finite-element models on the basis of Updating Lagrange form foundation.
The equations of nonlinearities are solved by the Newton-Raphson method based on increment-iterationwise.
The Suspension Bridge Static Analysis program (SBSA) is developed in VB program language in this thesis. To verify the program a certain suspension bridge of spans of 230 m + 648 m +230 m is used as an example. It indicates that the results of program are reliable by the program. So, the program has certain practical value of project.
引文
[1]陈德荣，娄有原，悬索桥综述(一)，东北公路，1992(1)：79-89
[2]韩大建，马文田，石国彬，我国现代悬索桥特色、创新于展望，华南理工大学学报(自然科学版)1999(11)：57-67
[3]周孟波刘自明王邦楣，悬索桥手册北京：人民交通出版社，2003
[4]雷俊卿郑明珠徐恭义，悬索桥设计北京：人民交通出版社，2002
[5]钱东生陈仁福，大跨悬索桥的设计与施工成都：西南交通大学出版社，1999
[6]项海帆，高等桥梁结构理论北京：人民交通出版社，2001
[7]刘健新，胡兆同，大跨度吊桥北京：人民交通出版社，1996
[8]李传习，夏桂云，大跨度桥梁结构计算理论北京：人民交通出版社，2002
[9]张海龙，桥梁的结构分析·程序设计·施工监控北京：中国建筑工业出版社，2003
[10]范立础，桥梁工程(上、下册)北京：人民交通出版社，1993
[11]徐君兰，悬索桥北京：人民交通出版社，2001
[12]潘世建，杨盛福，东航道悬索桥北京：人民交通出版社，2002
[13]牛和恩，虎门大桥工程北京：人民交通出版社，1998
[14]胡仁礼，桥梁力学北京：中国铁道出版社，1999
[15]铁道部大桥工程局，桥梁科学研究所，悬索桥北京：科学技术文献出版社，1996
[16]杨炳成，公路桥梁电算北京：人民交通出版社，2000
[17]颜东煌，田仲初，李学文，桥梁结构电算程序设计长沙：湖南大学出版社，1999
[18]何雄君，桥梁结构实用电算北京：科学出版社，1996
[19]汪序森，唐寰澄，桥梁工程北京：中国铁道出版社，1995
[20]王勖成，邵敏，有限元法基本原理和数值方法北京：清华大学出版社
[21]严国敏，现代悬索桥北京：人民交通出版社，2002
[22]徐君兰，大跨度桥梁施工控制北京：人民交通出版社，2000
[23]项中富，桥梁施工控制技术北京：人民交通出版社，2001
[24]宋天霞，非线性结构有限元计算武汉：华中理工大学出版社，1996
[25]山田嘉昭，非线性有限元法基础北京：清华大学出版社，1988
[26]CS德赛，JF阿贝尔，有限元素引论北京：科学出版社，1978
[27]洪锦如，桥梁结构计算力学上海：同挤大学出版社，1998
[28]李庆扬，莫孜中，祁力群，非线性方程组的数值解法北京：科学出版社，1997
[29]张新军，孟松兔，陈艾荣，项海帆，大跨度桥梁非线性空气静力和动力行为研究，桥梁建设，2001(6)：4-7
[30]尼尔斯J吉姆辛，缆索支承桥梁·概念与设计北京：人民交通出版社，2002
[31]吴恒立，悬索和吊桥及薄壁杆件理论重庆：重庆大学出版社，1992
[32]沈华春，吊桥设计技术北京：人民交通出版社，1995
[33]JohnFFJemingNonlinearStatieAnalysisofCable-StayedBridgeStructuresComputers&Structures,1979,10(10):621-635
[34]DMBrottonAGeneralComputerProgramfortheSolutionofSuspensionBridgeProblemsTheStructuralEngineer,1966,44(5)161-167
[35]DMBrotton,NWWilliasmson,MMillartheSolutionofSuspensionBridgeProblemsbyDigitalComputers-part1TheStructuralEngineer,1963,41(4):121-126
[36]DMBrotton,GArnoldtheSolutionofSuspensionBridgeProblemsbyDigitalComputers-part2TheStructuralEngineer,1963,41(7):213-222
[37]SaafanASaafanTheoreticalAnalysisofSuspensionBridgesJournalofStructuralDivision,1966,ST4(8):1-11
[38]AlanJennings,DerekMBrotton,DavidJohnsonStructuralAnalysisofSuspensionBridgesJournalofStructuralDivision,1966,ST5(8):336-343
[39]SGArzouMainidis,MPBieniekFiniteElementAnalysisofSuspension
BridgesComputers&Structures,1985,21(6)1237-1253
[40]唐茂林，大跨度悬索桥非线性地震反应分析，[硕士学位论文]成都：西南交通大学图书馆，1998
[41]张运波，单索及悬索桥的振动特性与参数分析：[硕士学位论文]成都：西南交通大学图书馆，2001
[42]徐君兰，向中富，关于悬索桥的重力刚度，重庆交通学院学报，200019(2)：71-74
[43]TrevorJPoskittStructuralAnalysisofSuspensionBridgesJournalofStructuralDivision,1966,ST1(92):49-73
[44]卫星，斜拉桥施工计算的Win32程序实现：[硕士学位论文]成都：西南交通大学图书馆，2000
[45]胡隽，大跨度斜拉桥结构非线性分析与施工控制：[硕士学位论文]成都：西南交通大学图书馆，1997
[46]蒲怀仁，大跨度斜拉桥施工控制研究及软件开发：[硕士学位论文]昆明：昆明理工大学图书馆，2002
[47]徐凯燕，斜拉桥非线性静力计算分析：[硕士学位论文]武汉：武汉理工大学图书馆，2001
[48]梅葵花，悬索桥主缆施工监控的研究：[硕士学位论文]西安：长安大学图馆，2000
[49]华孝良，徐光辉，桥梁结构非线性分析：北京：人民交通出版社，1997
[50]李三珍，大跨度预应力混凝土连续刚构桥设计、施工新技术及施工控制研究：[硕士学位论文]昆明：昆明理工大学图书馆，2002
[51]周明，施耀忠大跨径悬索桥、斜拉桥的发展趋势，中南公路工程，2000，25(9)：32-34
[52]陈炳坤，胡贵琼，美国的17座新建大桥，国外公路，2000，20(4)：21-25
[53]肖汝诚，项海帆，确定特大悬索桥理想状态的方法与程序系统研究，东北公路，1997(6)：15-20
[54]周念先，我国21世纪公路大桥展望，江苏交通科技，1996(6)：15-21
[55]唐茂林，沈锐利，强士中，大跨度悬索桥非线性静动力分析与软件开发，桥梁建设，2000(1)：9-12
[56]方志禾，我国悬索桥的现状与技术成就，市政技术，1998(1)：9-14
[57]郑宪政，悬索桥结构分析有限元程序的开发与应用，中南公路工程，1998，21(1)，29-32
[58]吕建鸣，32位Windows环境下桥梁结构分析软件开发，公路交通科技(增刊)，1998，15(5)：35-38
[59]潘家英，程亲国，大跨度悬索桥有限位移分析，土木工程学报，1994，27(1)：1-10
[60]陈德荣，娄有原，悬索桥综述(二)，东北公路，1992(2)：75-85
[61]王解军，杨文华，刘光栋，大跨悬索桥的几何非线性分析，湖南大学学报，1998，25(3)，70-73
[62]金增洪，21世纪日本的超长桥梁，中外公路，200121(6)：1-5
[63]洪锦如，悬索桥的非线性分析，上海力学，1995，16(4)：323-331
[64]周孟波，文武松，悬索桥的简化数值分析方法，国外桥梁，2000(2)：40-45
[65]田启贤，悬索桥非线性结构分析，桥梁建设，1998(2)：63-66
[66]楼庄鸿，国外大跨径悬索桥述评，中国公路学报，1991，4(4)：67-76
[2]韩大建，马文田，石国彬，我国现代悬索桥特色、创新于展望，华南理工大学学报(自然科学版)1999(11)：57-67
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[51]周明，施耀忠大跨径悬索桥、斜拉桥的发展趋势，中南公路工程，2000，25(9)：32-34
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