(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210790527.3 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 广西路桥工程 集团有限公司 地址 530200 广西壮 族自治区南宁市良庆 区平乐大道 21号 (72)发明人 秦大燕　杜海龙　韩玉　罗小斌　 郑健　吕中玉　唐睿楷　曹璐　 陆艺　刘唐　莫昀锦　林彬　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 专利代理师 方清 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种连续索的非线性滑 移计算方法 (57)摘要 本发明提供的一种连续索的非线性滑移计 算方法， 综合利用索的无应力总长度不变和索 滑 移刚度影 响矩阵原理， 通过几何非线性求解滑轮 两侧索段的力差向量， 并根据滑轮两侧的力差向 量反复迭代模拟索滑移过程， 以此建立连续非线 性滑移索单元计算， 根据力差向量、 滑移刚度影 响矩阵和变形向量的关系， 求解各滑轮的变形向 量， 以此更新各滑轮两侧索段的无应力长度， 再 重新计算滑轮两侧力差向量， 并结合滑移刚度影 响矩阵， 重新调整滑移点两侧索无应力长度情 况， 以此循环直至滑轮两侧力差向量收敛。 本方 法考虑了结构的几何非线性问题和拉索垂度问 题， 适应于多种工况， 如多跨连续索和大垂度的 结构计算， 更贴近工程实际施工， 且收敛更容易， 计算效率更高。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115130350 A 2022.09.30 CN 115130350 A 1.一种连续索的非线性滑 移计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： a、 根据索结构的几何参数、 材料参数和边界条件， 将索与所有滑轮的连接均视为接触 连接建立有限元模 型， 以索分别在1#,2#,…,i#滑轮滑移单位长度的情况下求解1#,2#,…,i# 滑轮两侧索段的力差向量， 获得滑 移刚度影响矩阵： 其中ki,1表示以1#滑轮滑移单位长度时i#滑轮 两侧索段的力差向量， 以此类 推； b、 结合1#,2#,…,i+1#索段的无应力长度， 对索结构进行几何非线性分析， 获取1#, 2#,…,i+1#索段的力差向量得到第一力差向量 其中， 1#,2#,…,i +1#索段的初始无应力长度按照跨径比例分配， 1#滑轮两侧分别为1#索段和2#索段， t1表示1# 滑轮两侧1#索段和2#索段的力差向量， 以此类 推； c、 根据公式Δlslide＝Kslide‑1·ΔT求解1#,2#,…,i#滑轮的滑移长度向量Δlslide＝[Δ l1 Δl2...Δli]T， 修正各索段的无应力长度并重复步骤a ‑b得到第二力差向量 d、 重复步骤a ‑c， 直至||(ΔT(n)‑ΔT(n‑1))/ΔT(n‑1)||≤Δ ε， n表示迭代次数， 提取对应有 限元模型中的索的位移和各断面的内力， 完成滑 移计算。 2.如权利要求1所述的方法， 其特 征在于， Δ ε＝0.0 001‑0.0005。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 索结构的几何参数包含索的初始拟定截面尺 寸、 索的截面形状、 各索段的跨径和各滑轮之间的高差， 材料参数包含索的弹性模量、 容重、 抗拉强度和最小破断拉力。 4.如权利要求1 ‑3任一所述的方法， 其特征在于， 几何非线性分析方法为牛顿 ‑拉夫森 迭代方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115130350 A 2一种连续索的非线性滑移计算方 法 技术领域 [0001]本发明属于桥梁动力学技 术领域， 涉及一种连续索的非线性滑 移计算方法。 背景技术 [0002]索作为空间结构重要的组成部分之一， 其小自重、 高效率、 大跨度、 省成本的优点， 使其在张弦梁、 缆索系统、 弦支穹顶 等轻型高效结构中占有重要的地位， 广泛应用于大型体 育馆屋面结构、 斜拉桥、 风景区游览索道以及拉索塔架等。 连续索在节点处的连接有两种形 式： 一种是索和节 点固定， 节点两侧的索段在节 点处不发生滑移； 另一种是索在节点处采用 穿管、 滑轮等连接方式， 索和节点之间能发生相对滑移。 第二种 连接形式称为接触连接， 对 应的节点称为接触点。 第二种索连接形式无论是在张拉成型的施工阶段或施工完成后的使 用阶段， 始终无法避免索的滑 移运动问题及 在滑移过程中存在的多种滑 移状态难题。 [0003]目前， 针对滑移索单元的研究主要有以下几种方法： 1)推导单个索段的滑移刚度 来考虑索段滑移的影响， 但需求解复杂的滑移刚度影响矩阵， 且只对中间节点进 行了求解， 不便于扩展到多跨连续索结构 中； 2)利用线弹性理论推导单折点力筋单元， 但是忽略了拉 索的垂度， 且将非线性问题线性化， 使用范围受到限制， 也不便于结构的受力全过程分析； 3)滑移索系结构的冷冻升温法通过现有的有限元工具， 通过虚加温度荷载的办法， 来解决 在加载过程中索的滑移问题， 但是收敛速度不易控制； 4)还有的索滑移的算法在求解各索 段的原长时采用了不考虑弹性的索长计算式， 对水平投影和竖直投影的修正也是非必要 的； 5)还有引入弯矩分配法概念， 但采用的是二节点直线杆单元来代替索单元， 不适用于大 垂度索结构； 6)还有用弹性悬链线单元模拟索段推导索在支撑点处的单侧滑移刚度， 通过 有限元迭代调整支撑点两侧的索原长， 使索力相等， 为了模拟索的滑移， 采用通用有限元软 件中的接触单 元， 但这种方法非常复杂且工作量很大。 发明内容 [0004]本发明的目的在于克服现有技术中在考虑索段滑移的影响的计算时， 存在设计方 法复杂、 适用性窄、 计算环节不易收敛等上述不足， 提供一种连续索的非线性滑移计算方 法。 [0005]为了实现上述发明目的， 本发明提供了以下技 术方案： [0006]一种连续索的非线性滑 移计算方法， 包括如下步骤： [0007]a、 根据索结构的几何参数、 材料参数和边界条件， 将索与所有滑轮 的连接均视为 接触连接建立有 限元模型， 以索分别在1#,2#,...,i#滑轮滑移单位长度的情况下求解1#, 2#,...,i#滑轮两侧索段的力差向量， 获得滑 移刚度影响矩阵：说　明　书 1/4 页 3 CN 115130350 A 3