工程结构中滑移索单元的研究

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滑移索结构在实际的工程中有着广泛的应用,例如滑雪索道的牵引系统、电线的架设过程,以及在架设大跨索系桥梁时的施工过程,都须利用滑移索。基于此,本文推导了两种不同的单元用来模拟索在滑轮上的滑动过程,并利用FORTRAN语言编制了相应的几何非线性有限元计算程序。针对考虑自重滑移索系的力学特点,基于有限元的基本原理,提出了悬链线型滑移索单元来处理此类问题,得到了单元处于平衡状态下的各节点力的关系。该单元通过自动调整滑轮索两端的无应力索原长来获得平衡状态,从而简化了计算。利用单元的平衡方程推导了单元的刚度矩阵,并将其放入非线性有限元程序中。针对索处于高应力小垂度的情形,推导了另一种“直线型滑移索单元”,提出了滑过滑轮的一段索长的有限单元方程,给出了节点内力及单元刚度矩阵的表达式。对于大多数索结构来说,几何非线性都是其必须考虑的因素,本文对各种考虑几何大变形的索单元的不同适用情形进行了比较。采用多个算例对本文给出的单元的正确性进行了验证。并通过工程方面的算例,研究了所开发的“滑移索单元”的适用性及有效性。
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