超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响

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1、超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响景天虎，李青宁31超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响景天虎。。李青宁(1．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2．桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004)摘要：以主跨3300m的超大跨径公铁两用悬索桥的设计方案为研究对象，根据已有文献的研究成果得出了超大跨径悬索桥主缆截面实际抗弯刚度的取值区间，分别做了考虑主缆抗弯刚度的几何非线性有限元法和完全忽略抗弯刚度的悬链线解析法的找形计算。对比分析表明：完全忽略主缆抗弯刚度对其线形和轴力的计算结果影响甚微；主缆抗弯刚度对施工控制参数有显著影响，不容忽略。关键词：

2、悬索桥；主缆线形；抗弯刚度；找形算法中图分类号：U448．25文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)02—0031—031引言和)。钢箱加劲梁的梁端距桥塔中心线都是4m，恒悬索桥的跨度纪录被不断刷新，在以往中、小跨载是15×9．8kN／m(包含吊索重量)。桥面二期恒径桥梁的建造中忽略的一些因素，在千米级桥梁的载为8．4×9．8kN／m。吊索竖直，桥塔为门式柔性建造中能否忽略值得重新思考。例如悬索桥主缆的钢塔。抗弯刚度，在常规跨度悬索桥结构分析时是被忽略．960．3300，960的，即结构分析采用完全柔性索的假定。因为超大。跨径悬索桥的恒载巨大，受主缆材料强度

3、的限制，主缆截面需要的金属丝面积较已建成的悬索桥大了很多口]，为了避免使主缆变成拉弯杆件，文献[1]建议把其直径限制在1m以内，但明石海峡大桥的主缆直径达到了1．1mll]。文献[4]指出，主跨33003结构分析m的墨西拿海峡大桥的主缆直径(1．24m)已接近3．1主缆抗弯刚度取值区间与线形分析时力学模了忽略抗弯刚度影响的取值极限。为了研究超大跨型的参数确定径悬索桥主缆的抗弯刚度对其整体力学特性的影文献[5]认为半平行钢丝斜拉索的抗弯刚度为响，本文对墨西拿海峡大桥的设计方案略作简化，构0．37(E)⋯。造出一座主跨为3300m的公铁两用悬索桥。以此在现有的钢索中，半平行钢丝

4、拉索与平行钢丝桥为例，用4种模型对比分析主缆抗弯刚度的影响。柬主缆的内部结构最接近。但前者的钢丝之间要适当扭绞，而后者的组成钢丝完全相互平行，不扭绞。2工程概况钢索钢丝的扭绞会使索整体抗拉弹性模量有所下该超大跨度悬索桥是一座单跨双铰悬索桥，主降。据此可以推断，悬索桥所用的平行钢丝束主缆缆(PWS)属于平面缆索体系，立面布置如图1所的抗弯刚度准确值应介于0．37(E)与(E)⋯之示。每对主缆的间距为1．75m。中、边跨每根主缆间，并且是偏于上界的。内分别含有44352根和44280根5．38mm的钢对主缆按4种力学模型进行模拟分析：模型A、丝；紧缆后每缆直径为1．24m。主缆

5、钢丝的极限强B表示考虑主缆的抗弯刚度，用梁单元模拟主缆的度为1770MPa，容许应力为708MPa(即安全系数有限元分析；主缆截面的惯性矩分别为0．37⋯，为2．5)。中、边跨主缆的无应力长度恒载分别是32⋯。在主缆完全柔性的假定条件下，模型C1用索×9．8kN／m和32．662×9．8kN／m(均为两侧之单元模拟主缆进行有限元分析；模型C2按主缆自收稿日期：2010—08—08基金项目：网家[1然科学肇金(j1078306)；陕四省重点学科建设々项资金资助项f1(E0l004)作者简介：景天虎(1972)，男，讲师，1995年毕业于K沙铁道学院交通土建专业，工学学上，20

6、03年毕业于西北农林科技大学水利水电工程结构专业，工学硕士(E—mail：jingtianhu@sina．com)。32世界桥梁2011年第2期身恒载沿索长均布、吊索之间的各索段线形在自重起的初应变；删除主缆的吊索集中力，进行空缆状态作用下为分段悬链线的解析法进行分析嘲。线形计主缆线形求解。对模型C2，在空缆状态时主缆线形算的主要参数见表1。是以主鞍座理论交点为分界点的三大段悬链线。采表1悬索桥恒载线形计算参数用MATLAB软件编程进行线形计算，将空缆线形与成桥状态线形相比较即得到主鞍座预偏量。3．3计算结果分析4种不同力学模型的主缆线形计算结果高度一致且严格对称，说明分析

7、方法是可靠的。全桥的右半边主缆的部分计算结果见表2和表3。注：参数取僵均为横桥向左、右侧的4根主缆的合计值。表2中跨主缆成桥状态吊点坐标m3。2成桥状态恒载作用下主缆线形确定(找形分析)3．2．1找形分析方法模型A、B找形(属于劲性悬索结构的找形)时采用梁单元Beam3基于ANSYS的新算法进行几何非线性有限元找形分析。该算法采用索单元Linkl0即可对模型C1做找形分析。注：坐标原点位于主缆左、右主鞍座的理论交点l司的弦线中点处，对模型C2的找形采用分段悬链线解析法]，x轴、Y轴分别以向右、向下为正方向。X、Y为