有限元程序对索单元的模拟计算方法探讨
邓科，李翠，郝海龙，王灿东，郑德江
（中交公路规划设计院有限公司,北京100088）
摘要：本文讨论了目前有限元软件对索单元模拟计算的考虑垂度的Ernst公式刚度折减和考虑初应力效应的
几何刚度方法，并给出了精确描述索单元力学行为的解析方法。根据目前桥梁工程中主缆和斜拉索常用的
力学和尺寸参数进行计算，分析两种模拟计算方法与解析解之间的误差，最后总结了悬索桥和斜拉桥计算
时对主缆和斜拉索应采用的合理的模拟计算方法。
关键词：索单元，垂度，几何刚度
DiscussiononFEMsimulatingmethodofcable
DENGKe,LICui,HAOHai-long,WANGCan-dong,ZHENGDe-jian
(CCCCHighwayConsultantsCO.,Ltd.)
Abstract:Thispaperdiscussedthesimulationofcableelementsandanalyzedwithfiniteelementsoftware.The
simulationofcableelementsconcludedErnststiffnessreductionmethodconsideringsagofcable,geometric
stiffnessmethodconsideringtheeffectofinitialstressandanaccuratemethodofdescriptionforthecable
mechanicalbehaviorwasproposed.Accordingtothecalculationwithmechanicsanddimensionalparameters
commonlyusedinmaincableandstayed-cable,errorsbetweenthesimulationmethodandtheanalyticsolution
wereanalyzed.Finallythereasonablesimulationmethodforthemaincableandstayed-cablewhileanalyzing
suspensionbridgeandcable-stayedbridgewasproposed.
Keywords:cable,sag,geometricstiffness
重力作用下存在垂度；另一方面，结构建模
1概述
都是基于成桥状态模拟结构构形，此时索单
索是指仅有轴向拉压刚度而没有抗弯
元内部存在初应力，这使得索单元的非线性
刚度的受力构件，在桥梁工程中大量应用这
行为非常复杂。在斜拉桥计算时，常采用
种构件，如悬索桥中的主缆、吊索，斜拉桥
Ernst公式对斜拉索刚度进行折减；而悬索桥
中的斜拉索。
计算时又采用有限位移理论，考虑主缆和吊
在桥梁设计时，目前的有限元程序都是
杆的初应力来提高缆索系统的刚度。同样是
将主缆、吊杆和斜拉索采用桁架单元模拟。
索单元，何时考虑刚度折减何时考虑刚度提
一方面，索单元由于其不存在抗弯刚度，在