基于LS-DYNA双塔悬索桥吊缆断裂引起整桥坍塌倾覆动力学仿真

     基于LS-DYNA双塔悬索桥吊缆断裂引起整桥坍塌倾覆动力学仿真

                                                                      叶小军

        摘　要:悬索桥的主缆通过索塔固于两端，对主梁施加巨大的水平分力，如果支撑主梁的吊索发生断裂，可能导致主梁破坏,进而导致桥梁整体垮塌。随着使用时间的增长，吊索因腐蚀而承载力降低，可能发生突然断裂，使结构发生剧烈振动，导致结构内力变化较大，危及桥梁安全。

        关键词: 悬索桥 吊缆断裂 倾覆

        一、仿真背景

        本仿真以一座主跨750米的混凝土双塔悬索桥为研究背景，利用动力分析方法,采用空间有限元模型，研究了单侧少量吊索突然断裂对结构受力的影响。仿真表明：悬索桥吊索断裂对相邻吊索的拉力、主梁竖向弯矩、主梁扭矩、索塔顺桥向弯矩、支座反力影响很大。单侧相邻三根吊索相继断裂,会使相邻其他吊索的拉力达到初始拉力的3.0倍以上，如果设计采用的吊索安全系数较低,或吊索出现普遍腐蚀,单侧相邻三根吊索断裂会导致桥梁整体垮塌。

        二、前处理

        1、单元特性

        使用了三维杆单元(LINKl60)、三维梁单元(BEAMl61)，可在单元中施加预应力。

        2、材料特性

        LS-DYNA程序中有200多种不同的材料模型，可用来模拟各类实际的工程材料，本仿真主要用混凝土和JH材料，并考虑材料的失效。

        3、建模型

        全桥模型构件多，过程复杂，主要考虑运用APDL建模

         4、网格划分

        分主缆、吊缆、桥塔，桁架等部分,共30个PART。

        5、荷载

        （1）重力荷载

        （2）车载

        三、其他说明

        1、采用动力松弛，给桥各构件增加预应力

        2、通过单元删除，模拟构件失效

        3、采用的单元类型三维杆单元(LINKl60)、三维梁单元(BEAMl61)。

        4、对于连结部分全约束

        5、采用的部分关键字：

        *DELETE_ELEMENT_BEAM

        *LOAD_BODY_GENERALIZED_SET_PART

        *DAMPING_GLOBAL

        *DAMPING_PART_STIFFNESS

        *DAMPING_PART_STIFFNESS

        *control_dynamic_relaxation

        *CONTROL_BULK_VISCOSITY

        *CONTROL_TERMINATION

        *CONTROL_TIMESTEP

        *DATABASE_BINARY_D3PLOT

        *DATABASE_BINARY_D3DUMP

        *DATABASE_EXTENT_BINARY

        四、结果

        1、不同时刻状态图

        3、过程动画