活载下悬索桥主缆变形特性

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1、万方数据第40卷第10期2012年10月同济大学学报(自然科学版)JOIJRNAI，OFTONGJIUNllI，ERsITY(NATUIcALsCIENcE)V01．40NO．10Oct．2012文章编号：0253-374X(2012)10．1452—06DOI：10．3969／j．issn．0253—374x．2012．10．003活载下悬索桥主缆变形特性柴生波，肖汝诚，孙斌(同济大学桥梁工程系，上海200092)摘要：分别研究了悬索桥塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡均布活载作用下的主缆的变形

2、特性．研究了塔顶位移及主缆伸长与主缆垂度变化的关系，垂跨比越小，主缆垂度改变量越大，并给出了相应的辩析式．通过能量守恒与主缆中力的平衡关系研究了使主缆产生最大竖向位移的均布荷载加载形式．研究表明，在假定主缆不可伸长的情况下，最不利加载并非为半跨加载，不平衡活载引起的最大挠度仅与恒活载之比及主缆垂度有关，并给出了相应的计算公式．根据实际工程建立有限元模型对上述公式进行了验证，结果与理论值符合良好．关键词：悬索桥；主缆；变形；活载中图分类号：U448。25文献标识码：AI)eformationCha

3、racteristicsofMainCableinSuspensionBridgeCausedbyLiveLoadCHA／Shengbo，XIAORucheng，SUNBin(DepartmentofBridgeEngineering，Ton翊iUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Deformationcharacteristicsofmaincableinsuspensionbridgeswasstudiedundertheeffectofdisp

4、lacementoftower，elasticelongationandunbalancedload．T11erelationshipamongthechangeofcablesag，theelongationofthecableandthedisplacementoftowertopwasstudied．Thesmallerthesagratiowas，thelargerthesagchanged．Themostunfavorableloadingmodewasresearchedbymean

5、sofenergymethodandequilibriumconditionofforce．Resultsshowiftherewasnoelongation，themaximumdeflectioncausedbyunbalanceddistributedloadwasrelevanttotheratioofliveloadtodeadloadandthesagofcable．Analyticformulasweregivenandverifiedbyafiniteelementmodel．T

6、heresultsagreedwellwiththetheoreticalvalue．Keywords：suspensionbridge；maincable；deformation；liveload虽然当今主要依赖于建立有限元模型通过计算机来实现悬索桥的精确计算，但在初步设计阶段，掌握悬索桥的力学特性并进行初步的估算仍是十分必要的．国内外学者大都从挠度理论人手进行分析[1。3]，研究悬索桥的各种力学特性．Wollmann以挠度理论为基础，给出了一套用于计算挠度理论的实用解法，计算仍主要依赖计算机

7、进行[1]．Clemente等以挠度理论为基础，研究了大跨度悬索桥主要设计参数对于桥梁力学性能的影响，认为随着桥梁跨径的增大，悬索桥的力学特性越来越接近单根主缆的力学特性[2]．Jennings以线形挠度理论为基础，忽略活载对于主缆内力的影响，研究了集中荷载及均布荷载下主缆的变形[3]．Gimsing对均布荷载及集中荷载下主缆挠度进行过研究[4]，也有学者对悬索桥的重力刚度进行了研究，得到了集中荷载下主缆竖向变形的计算公式[5书j．但使主缆产生最大挠度的具体的均布荷载加载位置尚不清楚，也缺乏理论

8、依据．对于大跨度悬索桥而言，桥梁的重力刚度远大于其加劲梁的抗弯刚度，主缆的力学特性决定着整个桥梁的结构行为，因此研究主缆的特性即可获知悬索桥的某些重要力学特性．同其他桥型相比，悬索桥整体刚度较小，因此，活载下悬索桥结构的挠度是悬索桥设计中较为关心的问题．本文拟通过主缆变形的几何关系及能量原理分别研究塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡活载引起的主缆变形，并根据实际桥梁建立有限元模型进行验证．活载下悬索桥主缆变形(图1)可以分解为以下3个部分：①塔顶位移引起的主缆变形；②缆的弹性伸长引起的主缆变形；③