基于LS-DYNA雙塔懸索橋吊纜斷裂引起整橋坍塌傾覆動力學仿真

                                                                      葉小軍

        摘　要:懸索橋的主纜通過索塔固于兩端，對主梁施加巨大的水平分力，如果支撐主梁的吊索發生斷裂，可能導致主梁破壞,進而導致橋梁整體垮塌。隨著使用時間的增長，吊索因腐蝕而承載力降低，可能發生突然斷裂，使結構發生劇烈振動，導致結構內力變化較大，危及橋梁安全。

        關鍵詞: 懸索橋 吊纜斷裂 傾覆

        一、仿真背景

        本仿真以一座主跨750米的混凝土雙塔懸索橋為研究背景，利用動力分析方法,采用空間有限元模型，研究了單側少量吊索突然斷裂對結構受力的影響。仿真表明：懸索橋吊索斷裂對相鄰吊索的拉力、主梁豎向彎矩、主梁扭矩、索塔順橋向彎矩、支座反力影響很大。單側相鄰三根吊索相繼斷裂,會使相鄰其他吊索的拉力達到初始拉力的3.0倍以上，如果設計采用的吊索安全系數較低,或吊索出現普遍腐蝕,單側相鄰三根吊索斷裂會導致橋梁整體垮塌。

        二、前處理

        1、單元特性

        使用了三維桿單元(LINKl60)、三維梁單元(BEAMl61)，可在單元中施加預應力。

        2、材料特性

        LS-DYNA程序中有200多種不同的材料模型，可用來模擬各類實際的工程材料，本仿真主要用混凝土和JH材料，并考慮材料的失效。

        3、建模型

        全橋模型構件多，過程復雜，主要考慮運用APDL建模

         4、網格劃分

        分主纜、吊纜、橋塔，桁架等部分,共30個PART。

        5、荷載

        （1）重力荷載

        （2）車載

        三、其他說明

        1、采用動力松弛，給橋各構件增加預應力

        2、通過單元刪除，模擬構件失效

        3、采用的單元類型三維桿單元(LINKl60)、三維梁單元(BEAMl61)。

        4、對于連結部分全約束

        5、采用的部分關鍵字：

        *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、結果

        1、不同時刻狀態圖

        3、過程動畫