大跨度悬索拱桥非线性分析

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1、第-+卷第,期西南交通大学学报V34)-+P3),!""!年%月AN.OP/QNR0N.LST90LAJ/NLNPU.PJV9O0JLW/<;)!""!文章编号："!*%#!+!（,!""!）",#"-*+#"*大跨度悬索拱桥非线性分析卜一之，杨兴旺（西南交通大学土木工程学院，四川成都’$""-$）摘要：针对某铁路大跨度悬索拱桥，考虑结构的非线性和构件的极限承载能力，计入施工过程的变形和应力的叠加效应，用包含梁和索单元的空间组合结构模型，进行了大桥的结构行为分析。着重研究了结构在施工及运营过程中的非线性变形、

2、内力和稳定性，并探讨了荷载在悬索拱桥的索和拱间的分配问题。关键词：悬索桥；拱桥；结构性能；非线性分析中图分类号：.,,%)!文献标识码：/!"#$%&$’()!$(%*+&+#,-#$./01($02+1’$3’3!)456)&3.’!"#$%&’$，#()*+$,-%./,-（01233435678749:;)，03<=2>?@=A7B3=3:;.:78?C@7=D，62?:;E<’$""-$，627:B）!7+8)(48：/-#E7F?:@73:B413FG3<:E@=C<1=

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6、索单元，研究了悬索拱桥在施工及主要运营阶段的极限承载能力和稳定性等问题。;计算理论;<;极限承载能力和稳定性悬索拱桥以主缆和拱为主要受力构件。大缆属柔性构件，受索的垂度影响，表现出明显的几何非线性。而拱以受压为主，较大的轴向力对结构刚度的影响不可忽略。同时，大跨度结构在施工及成桥后均会产生较大的变形，导致结构几何形状发生显著变化，结构的整体平衡方程必须在已变形后的、但事先未知的几何位置上写出［$］。因此，悬索拱桥的平衡方程具有明显的几何非线性特征。在结构达到其极限承载力前，某些构件的应力可能超出其弹性极限，进

7、入弹塑性阶段，某些构件甚至收稿日期：!""!#"$#$%作者简介：卜一之（$&’$(），男，副教授，博士)第5期卜一之等：大跨度悬索拱桥非线性分析5+/可能达到承载极限，丧失承载能力，退出工作。这些因素导致的非线性在计算中也必须考虑［!］。悬索拱桥结构的非线性平衡方程为!""##（$）式中：!"#!%&!’&!(，!"为结构整体刚度矩阵，!%为结构的线弹性刚度矩阵，!’为结构的几何刚度矩阵，!(为结构的大变形刚度矩阵，"为结构的结点位移列阵，#为结构的等效结点荷载列阵。式（$）的求解须兼顾计算速度和精度要求，

8、采用荷载增量法可较好地满足这两方面的要求［$］。由于悬索拱桥的拱肋、肋间横撑、吊杆、主缆、拱上立柱、桥面系、索塔和桩基等构件在施工过程中不可避免地具有初弯曲、初偏心和残余应力等初始缺陷，其稳定问题是第二类稳定问题。本文中将这些初始缺陷作为结构的初始状态，在稳定性分析的加载过程中考虑。按第二类稳定问题即丧失承载能力的概念，用极限状态法设计桥梁时，稳定与最终的极限承载能力是统一的。悬索拱桥在加载过程中结