自锚式悬索桥无应力索长与施工仿真分析.pdf

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1、桥梁工程自锚式悬索桥无应力索长与施工仿真分析12肖海波，施旭锋（1.宁波市城建设计研究院有限公司，浙江宁波315000；2.宁波通途投资开发有限公司，浙江宁波315000）摘要：自锚式悬索桥无应力索长分析是施工分析的前提。分析主缆和主梁相互作用对成桥线形的影响，一般采用分段悬链线单元模拟主缆，由索元节点分力与其投影的力学方程式确定主缆的无应力索长。基于无应力索长的分析成果，编制非线性有限元程序进行施工过程仿真分析。工程算例表明，无应力索长分析与施工仿真分析方法可靠，具有较高的精度。关键词：桥梁；自锚式悬索桥；无应力索长；主缆中图分类号：U448.25文献标志码：B文章编号：1009－7

2、767（2015）05－0065－03SimulationAnalysisofUnstressedCableLengthandConstructionofSelf-anchoredSuspensionBridgeXiaoHaibo，ShiXufeng自锚式悬索桥主缆锚固在主梁上，省去了地锚式1无应力索长分析悬索桥庞大的锚碇，使得在软土地基上修建悬索桥成因主缆锚固于主梁端部，所以自锚式悬索桥一般为可能。因其外形美观，适用跨径中等，近年来较多地先施工主梁，后施工主缆。根据支架上主梁的初始线形运用于城市桥梁中。与传统的地锚式悬索桥相比，它和成桥后设计线形，可求出一组相对应的吊杆力。基于[1]

3、在结构和施工方法上有其显著的特点：主缆锚固于主地锚式悬索桥成桥线形分析方法，并结合自锚式悬梁的端部，由主梁来承担主缆的水平分力，主缆为主索桥的受力特点，可将主梁和缆索分开来进行讨论，梁提供预压应力；吊杆张拉时，主缆和主梁之间相互它们两者之间通过主缆水平力和吊杆力来实现协调[2]影响，使结构设计和施工过程分析变得相当复杂。对于统一。对于主梁，简化为多点刚性支承梁（见图1）来悬索桥，因主梁恒载一定，主缆一旦锚固，主缆线形的求支点反力（即吊杆张拉力）。同时，主缆中的水平分调整余地很小。因此，无论是自锚式还是地锚式悬索力将有助于呈竖曲线的主梁承担外荷载，在主缆计算桥，主缆无应力索长的准确计算是

4、确保成桥线形满足模型中必须考虑该水平分力（见图2）的作用。设计要求的必要条件，也是施工过程仿真分析的关键。浙江永康溪心桥主梁采用钢筋混凝土构件。因钢筋混凝土构件在拉应力作用下易产生结构性裂缝，且中跨已达到90m，必须依赖主缆的水平力来控制主梁裂缝的产生。因此，吊杆张拉次序、张拉荷载等级的控图1主梁计算模型制显得尤为重要。应用有效的施工仿真分析方法，预先计算出各施工状态下主缆的变形和主梁的应力状态，且不断地优化施工过程，一方面可控制主梁裂缝的产生，另一方面使成桥线形符合设计要求。图2主缆计算模型笔者采用自锚式悬索桥无应力索长的解析方法，并基于无应力索长不变这一原则编制了非线性有限对于主缆

5、，在吊杆力和沿其长度均匀分布的自重元程序来分析自锚式悬索桥的施工过程，并以永康溪作用下，主缆成桥线形既非抛物线，亦非悬链线，而是心桥为例进行了仿真分析。以吊杆为界，由分段的悬链线构成。故相邻吊杆间主缆桥梁工程可用一悬链线单元（见图3）准确模拟主缆。缆的平面有限元模型，主梁和主塔采用梁单元模拟，主缆采用悬链线单元模拟，可精确考量主缆自重下垂度的索单元刚度的影响，根据已获得的主缆无应力索长和主缆水平力，计算各段索单元的刚度。主梁和主塔均为压弯构件，轴向压力将改变梁单元的弯曲刚度，与此同时，弯矩也将改变梁单元的轴向刚度，通过稳定函数来修正主梁和主塔的单元刚度图3悬链线单元[5]矩阵以考虑P-

6、Δ效应的不利影响。吊杆张拉过程中，依据文献[3]，悬链线单元的节点分力与其投影的主缆为大变形构件，力与变形的关系是非线性的，应力学方程式为：根据变形后结构的几何位置来确定力的平衡方程。非22线性有限元的平衡方程为：Sn1姨Hn+（ωSn-Vn）+ωSn-Vnln=Hn姨+ln姨；（[K1]+[K2]）·{Δd}={ΔP}EsAsωH22姨n+Vn-Vn式中：[K1]为考虑P-Δ效应的刚度矩阵；[K2]为大变形刚2222122姨Hn+Vn-姨Hn+（ωSn-Vn）hn=（2ωSnVn-ωSn）+。度矩阵；{Δd}为节点位移增量；{ΔP}为不平衡节点外力。2EsAsωω为了精确模拟施工过程

7、，索鞍的有限元模拟也非式中：ln为第n号梁段对应的吊杆间距；hn为第n号梁[6]常关键。鞍座的模拟见图4。段对应主缆两侧吊点高差；ω为主缆无应力重度；Sn为第n号梁段对应主缆的无应力索长；Vn、Hn为悬链线单元节点n的主缆分力。成桥状态下吊杆竖直，吊杆不产生水平分力，该状态各段主缆的水平分力相等；成桥状态下主塔为受压构件，主塔两侧主缆水平分力应平衡。基于这一原则，假设成桥状态中跨主缆的水平分力为H、竖向分力为V，控图4鞍座模拟制性条件为中跨主缆