对悬索桥受力特性和计算理论的综述.doc

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1、综述悬索桥受力特性和计算理论悬索桥的受力特性悬索桥是由主缆、主塔、加劲梁、吊索、锚碇等构成的组合体系。恒载作用下，主缆、主塔承受结构自重，加劲梁受力由施T方法而定。成桥厉，主缆和加劲梁共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。1、主缆的受力特征主缆是结构体系屮的主要承重构件，其形状直接影响到整个体系的受力分恥和变形，主缆的主要受力特征如下：（1）主缆是儿何可变体，主要承受张力。主缆可通过白身儿何形状的改变來影响体系平衡，具有人位移的力学特征，这是区别于一般结构的重要特征之一。（2）主缆在恒载作用下具有很人的初始张力，使主缆维持一定的儿何形状。初始张力对后续结构

2、形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大，加劲梁高跨比得以减小的根本原因。2、主塔的受力特征主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在外荷载作用下，以轴向受压为主，并应尽量使外荷载在主塔屮产生的弯曲内力减小，以减小混凝土桥塔因为徐变而使塔型改变，增加结构抵抗外载的能力。主塔在外荷载作用下的受力特征可表现为两种形式：（1）恒载状态下，主塔基本无弯曲内力。这是人部分己建悬索桥桥塔的受力状态。（2）恒、活载及地震荷载作用下，主塔正负弯曲包络图基本对称或正负弯矩包络按某一比例分配。3、加劲梁的受力特征加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结

3、构，主要承受弯1111内力。由悬索桥施工方法可知，加劲梁的弯曲内力主要來白二期恒载和活载。按照不同的施T方法，加劲梁的受力特征可表现为两种情况：（1）-期恒载作用下，加劲梁段呈简支梁弯矩分配；二期恒载作用下，加劲梁承受与主缆共同作用下的弯曲内力。这种受力状态是按加劲梁先较接肩连续，再施加二期荷载而得到的。由于这种施工方法简单并已成熟，目前大部分已建悬索桥多用这种方法施工。（2）加劲梁的弯矩根据使恒、活载作用下其应力分布趋于合理的标准人为确定。这种受力必须通过特定的施T方法来实现。这一方法口前很少应用,但是随着施工技术的发展,在设计阶段通过充分考虑施工过程

4、來改善悬索桥结构受力必将成为可能。比如，为了消除二期恒载在加劲梁屮引起的过人弯曲内力，施工时可将二期恒载先施加于刚结前的加劲梁，再对加劲梁进行固结。4、吊索的受力特征吊索是将外荷载传递到主缆的传力构件，是联系加劲梁和主缆的纽带，承受轴向拉力。吊索内恒载初始张力的人小，既决定了主缆在成桥状态的真实索形，也决定了加劲梁的恒载弯矩，是研究悬索桥内力状态的关键。悬索桥设计计算理论悬索桥在静荷载下的结构行为是决定悬索桥结构设计的主要依据，所以，关于静力分析理论和方法的研究，就成了悬索桥理论研究屮最重耍和最基本的部分。竖向荷载作川I、•悬索桥的结构分析理论有：不考虑

5、结构体系变形对内力的影响，可按普通结构力学方法计算,称为弹性理论；随着悬索桥向人跨度发展，则必须考虑结构体系变形对内力的影响，即主要计算分析缆索的非线性变形，是二次内力影响问题，不能采用普通结构力学方法求解，称为挠度理论；适合于有限元法电算的非线性有限位移理论；另外还有近似计算的图表法、等代梁法、重力刚度法等。1、弹性理论及适用范囤在悬索桥的建造史上，直到1823年法国的Navier才总结发表了无加劲梁悬索桥的计算理论。随府到1880年，Navier和Castigliano尝试将分析拱的力学理论用于分析悬索桥的内力，从而逐渐建立了最初的悬索桥弹性理论。后

6、经Steinman整理，成为现在习川的标准形式的弹性理论计算公式。用弹性理论对悬索桥进行结构分析计算时，应符合以下假定条件：（1）假定悬索为完全柔性，吊杆沿跨密布；（2）假定悬索曲线形状和纵坐标在加载后保持不变；（3）加劲梁沿跨径悬挂在悬索上，其截而的惯性矩沿跨径不变；（4）—•般加劲梁是在悬索和吊杆安装完毕后才分段吊装就位，最后连接成敕体，所以加劲梁筹恒载已由悬索承担，加劲梁中仅有车辆活载、风力和温度变化等可变荷载产生的内力。弹性理论是在不考虑结构体系变形对内力影响的前提下推导出的计算方程，而实际上悬索桥结构的变形对内力是有影响的，体系的挠曲变形将减少

7、加劲梁的弯矩和悬索水平拉力。按弹性理论所计算出的悬索内力和加劲梁弯矩，将随跨径的增人而减小。因此，在跨度小于200m的悬索桥设计屮，当加劲梁高度取为跨径的1/40左右时，采用弹性理论方法计算是合适的。而对于大跨径悬索桥设计计算吋，弹性理论则有两个非常明显的缺点：（1）未考虑到恒载对悬索桥刚度的有益影响；（2）未考虑悬索结构非线性人位移影响，使按弹性理论做的设计太保守，浪费材料。因此，当设计200m以上人跨径悬索桥吋，应采用计入体系变形对内力影响的挠度理论方法计算或有限位移理论计算。2、挠度理论及适用范囤19世纪上半叶，工程设计人员在应用弹性理论设计悬索桥

8、时，已经意识到受均布荷载的悬索当再承受一集屮荷载时，其行为是非线性的。直到186