大跨度悬索桥空间力学性能研究

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1、◎一⋯G—s大跨度悬索颃空间力学性链研究滕小竹，贾丽君。，石坚。(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司；同济大学桥梁工程系)摘要：以某实际悬索桥为算例，建立平面计算和空间计算模型，求得悬索桥空间效应系数，并通过对该实桥方案不同车道宽、不同车道数下偏载系数的研究，得出悬索桥偏载系数与车道宽及车道数的关系。以坝陵河悬索桥为算例，探讨了悬索桥的横桥向力学性能及其影响因素。所得结论可为悬索桥设计施工提供参考。关键词：悬索桥；空间力学性能；偏载系数；横向性能0引言1385m，主塔为钢筋混凝土多层门式框架，承台以悬索桥加劲梁在荷载作用下的变形和位移可上塔高度为189m和18

2、7m，塔柱采用混凝土单箱双分成四种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转和畸室截面，顺桥向宽8．5～14．56rfl，横桥向宽6ITl_；主变。平面杆系计算程序只能考虑纵向弯曲，空间杆缆共两根，由平行钢丝组成，每索含有127根镀锌高系计算程序可以考虑纵向弯曲、横向弯曲以及自由强钢丝；加劲梁为扁平闭合箱型断面，高3ITI、宽扭转。32．5m，高宽比为1／l0．7的；垂直吊索间距161TI，端由于加劲梁吊点偏离扭转中心，加之加劲梁大吊杆和塔中心距离20．5m。都设有竖曲线，偏载将引起扭转，导致竖向、横向和计算引入空间效应系数：对称荷载作用下悬索桥纵向三个方向的位移在空间上

3、呈非线性耦合，故采的空间效应与平面效应的比值，研究悬索桥空间计算用平面计算的悬索桥，多考虑一个经验偏载系数，以和平面计算差异。计算结果显示，均布对称荷载作用保证主缆及吊杆在偏载作用下依然有足够的安全系下的空间效应系数约等于1，即空间计算和平面计算数，但偏载系数的取值，大多依靠经验，缺乏科学系位移和内力结果均相当接近。可见，悬索桥作为长细统的研究。结构，在单一竖向对称荷载作用下，空间计算和平面计悬索桥计算理论从弹性理论到挠度理论，受制于算基本等效。硬件和软件等条件限制，大多研究悬索桥竖向力学性能，对悬索桥的横桥向性能研究较少。本文基于悬索2大跨度悬索桥偏载系数桥三维

4、精细化计算，研究悬索桥空间计算和平面计算2．1悬索桥偏载时主缆内力不均匀性差异、悬索桥偏载系数及影响因素，以及悬索桥横桥向悬索桥为缆索承重结构体系，由于恒载的初始性能等悬索桥空间力学性能。内力，主缆形成重力刚度，此时若作用横桥向偏心荷载，其偏心力的平衡主要依靠加劲梁两端吊点的1悬索桥空间效应系数力偶完成，该平衡力偶势必形成主缆拉力的不以往悬索桥计算多采用平面杆系计算，近阶段均匀。来开始慢慢采用空间杆系计算，但探究两者差异的针对该实桥不同车道宽的方案建立模型，研究文献并不多见。显然，若考虑横桥向偏载，悬索桥空竖向荷载横桥向偏心作用下，主缆内力分布的不均间计算和平面计

5、算结果将差异较大。那么在横桥向匀性及分布规律。在竖向偏载作用下，不同车道宽对称荷载作用下，悬索桥空间计算和平面计算结果左右主缆与对称荷载下主缆挠度与轴力比较见图1差异如何呢?和图2。以某实际悬索桥为例，分别建立平面和空间计从图1和2可知，在竖向偏载作用下，主缆的内力算模型进行计算。该桥为单跨双铰悬索桥，主跨不均匀性十分明显，相应的主缆的挠度差异亦大。收稿日期：2O1O—O3一O436上么魄No．22010◎z)I、嚣瓣州熄从表1可知，偏载效应增大系数随车道宽和车道中跨比的关系见图3。数变化而变化，一般来讲，车道越宽，车道数越少，其偏枷姗瑚啪咖咖瑚跏枷瑚o载效应便越

6、厉害，相应的偏载增大系数也越大。当桥—1卜1／81—1卜_I14l梁同为6车道，若车道宽20m偏载增大系数为1．085，—．_I3／81—l，2l若车道宽3512"I，偏载增大系数则为l_473；当桥梁同为一<卜5／81一一3／4l301TI宽，若为6车道，偏载增大系数为1．388，若为8—O一7，8l车道，偏载增大系数则为1．182。可见，偏载增大系数依据车道宽及车道数而定，不能一概而论。3悬索桥的横向性能及其影响因素1★塔克玛桥风毁以后，工程界对悬索桥抗风性能开O-30．4始重视起来，但研究多集中在悬索桥的振动特性及抗主缆边中跨比风措施上。目前，悬索桥所处的地

7、理位置日渐复杂，从图3横向风荷载下主缆横向位移山谷河流，到海峡海湾，悬索桥的静风载也成为设计施与主缆边中跨比的关系工不可忽视的荷载。以单跨悬索桥坝陵河桥为算例，从图3可知，在横向风荷载作用下，不同主缆边中研究悬索桥横桥向风荷载作用下空间力学性能及其影跨比的主缆横向位移基本一致，主缆的边中跨比对悬响因素：边中跨比、矢跨眦比／以及厦恒W载重量。索桥横向刚度没有o影啪一响瑚一姗。一伽一z姗)l一枷J一．瑚一暴咖一啪州一臻l卜l抛l姗l枷1056789O123456789在横向风载作用下，主缆轴力与主缆边中跨比的(1)悬索桥边中跨比对横桥向性能的影响在横桥向风载作用下，主

8、缆的横向位