自锚式与地锚式悬索桥结构设计参数对比研究

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1、◎s一⋯一s自锚式与地锚式悬索桥结构设计参数对比研究程伟，石坚，朱凌志(同济大学土木工程学院)摘要i研究了矢跨比、边中跨比和主梁抗弯刚度这几个因素分别对地锚式悬索桥和自锚式悬索桥的力学性能的影响，并加以比较。从材料用量、经济性、地基适用性和施工的角度分析了自锚式和地锚式悬索桥的优缺点。关键词i自锚式悬索桥；地锚式悬索桥；矢跨比；边中跨比；主梁抗弯刚度1悬索桥体系竖向作用下的基本方程在受力上的特点。悬索桥是由缆索为主要承重构件的桥梁体系，由表1地锚式与自锚式悬索桥例相关资料主缆的锚固形式可分为自锚式悬索桥和地锚式悬索跨径体系矢跨主缆中直径吊杆吊杆恒载重桥。自锚与

2、地锚式悬索桥就其结构来说，区别主要是组合／m比心距／m／m直径／m间距／m／t·m1自锚式悬索桥将主缆锚固在主梁上形成自平衡体系，108．85+280自锚1／634．50．52450．0477627而地锚式悬索桥则是将主缆通过锚碇传给地基承受；+108．85就其受力来说，自锚式体系悬索桥主梁除了承受外荷4701490地锚1／1034．30．810．0816．125__470载作用下的弯矩，还要承受主缆传递的弯矩，而地锚式悬索桥主梁则主要是承受外荷载的弯矩，同时主梁的在研究部分设计参数时，取最不利状态的加载方重力为主缆竖向刚度提供一定的初始值。因此，在主式。通过

3、比较分析，找出悬索桥总体结构参数中矢跨梁受力与刚度上，自锚式悬索桥与地锚式悬索桥的规比、边中跨比和主梁抗弯刚度对力学性能的影响规律。律有很大的不同。2．1矢跨比对结构受力性能的影晌在挠度理论的框架下，在计算活载效应的计算中计算时地锚式悬索桥保持原设计中的边跨比、梁考虑了主缆在活载作用下的挠度，而平衡方程建立在高和主缆截面积等参数，改变结构的矢跨比为1／12、变形以后的位置上，则地锚悬索桥与自锚悬索桥的活1／11、1／10、1／9、1／8。对于自锚式悬索桥由于主缆的载弯矩影响线分别为：水平分力直接由主梁承担，而对于长细比较大的受压M—Mo—HLY一(HD+HL)

4、·(1)构件往往会出现失稳问题，而自锚式悬索桥的主缆矢M=Mo—HL(2)跨比一般较地锚式的大。已建成的自锚式悬索桥的矢式中：M0为活载在加劲梁上所产生的弯矩，kN·m；跨比大多集中在1／6左右。通过对矢跨比从1／5到H。为恒载的产生主缆水平拉力，kN；H活载所产生1／9范围内进行计算分析，得到矢跨比对自锚式悬索主缆水平拉力，r／为主缆挠度，也是加劲梁的挠度，m；Y桥的刚度和内力的影响如图1～图4所示。为主缆在恒载作用下的轴线方程。由图1～图4可知：(1)对不同矢跨比下悬索桥进行恒、活载效应分2地锚与自锚体系悬索桥参数研究析，可以得出悬索桥塔顶水平位移和主梁挠

5、度受矢跨以现已建成的两座三跨连续悬索桥方案为研究对比的影响较大。象，运用空间结构分析软件midascivil2006对其进行其中地锚体系加劲梁挠度和塔顶水平位移随着矢力学性能分析。加劲梁、主塔用空间梁单元模拟，主缆跨比的增大而增大，结构竖向刚度和主塔的水平抗推和吊杆均用索单元模拟，采用非线性计算。该桥的相刚度均减小。究其原因主要是在大跨度悬索桥的范关计算参数如表1所示。在对比研究时，对不同工程围，结构非线性效应明显。随着矢跨比的增大，同样的背景下的悬索桥分别采用地锚与自锚的方案，分析其主梁重量提供的桥梁重力初始刚度比会减小。自锚式收稿日期：2010-03—24

6、54上么咯No．32010⋯⋯·一s◎2．6l{—凸-主塔水平位移一_口一主塔水平位移越2．5]Ill窭2．4＼llf＼＼lfJt2．3＼^I＼T＼、Il、＼、22l＼^flI＼'}＼最2．1lf＼^＼＼』jl＼＼2．0Ill1／81／91／101／111／12l／81／91／101／1l1／121／51／61／71／81／9矢跨比矢跨比矢跨比矢跨比(a)地锚体系(b)自锚体系(a)地锚体系(b)自锚体系图1主梁挠度与矢跨比关系图图2塔顶水平位移与矢跨比关系图4·44．8—0一王现T_nI~钢刀2．8—一—一加劲梁弯矩至4·of—△I主缆轴力合计／／z4．4至

7、2．6JlllI3．6^『Ill4．0／j／Z～、^～J』l爱2．43．2，，伞／』3．6、斗斗／嚣2．2蚕z．sll～0霹32J』l+H2

8、。所以自锚式悬索桥一般顶水平位移随矢跨