斜拉桥与悬索桥计算原理
斜拉桥与悬索桥计算原理
斜拉桥与悬索桥计算理论简析分类:桥梁设计2007.3.12 15:32 作
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斜拉桥与悬索桥是桥梁结构中跨越能力最大的两种桥型，随着桥梁建造向大跨径方向发展，它们越来越成为人们研究的热点。通过大跨径桥梁理论的学习，我对斜拉桥与悬索桥的计算理论有了较为系统的了解。在本文中，我想从一个设计者的角度，在概念层次上，对斜拉桥与悬索桥的计算理论做个总结，以加深自己对这些计算理论的理解。一、斜拉桥的计算理论
斜拉桥诞生于十七世纪，在最近的五十年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一。有理由相信，在大江河口的软土地基上或不适合建造悬索桥的地区，有可能修建超过1200米的斜拉桥。斜拉桥是塔、梁、索三种基本结构组成的缆索承重结构体系，一般表现为柔性的受力特性。
(一)、斜拉桥的静力设计过程
1、方案设计阶段
此阶段也称为概念设计。本阶段的主要任务是凭借设计者的经验，参考别的斜拉桥的设计，结合自己的分析计算，来完成结构的总体布置，初拟构件尺寸。根据此设计文件，设计者或甲方(有些地方领导说了算)进行方案比选。
2、初步设计阶段
本阶段在前一阶段工作的基础上进一步细化。主要任务是:通过反复计算比较以确定恒活载集度、恒载分析、调索初定恒载索力、修正斜拉索截面积、活载及附加荷载计算、荷载组合及梁体配索、索力优化以及强度刚度验算等。
3、施工图设计阶段
此阶段要对斜拉桥的每一部位以及每一施工阶段进行计算，确保结构安全。主要计算内容有:构件无应力尺寸计算、对施工阶段循环倒退分析、计算斜拉索初张力、预拱度计算、强度刚度稳定性验算以及前进分析验算等。
(二)、斜拉桥的计算模式
1、平面杆系加横分系数
此模式用在概念设计阶段研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置。还可用于技术设计阶段，仅仅计算恒载作用下的内力。
2、空间杆系计算模式
此模式用在空间荷载(风载、地震荷载以及局部温差等)作用下的静力响应分析。此模式按照主梁可分为三种:“鱼骨”模式、双梁式模式与三梁式模型。
3、空间板壳、块体和梁单元计算模式
此模式用在计算全桥构件的应力分布特性，这类模式要特别注意不同单元结合部的节点位移协调性。
4、从整体结构中取出的特殊构件
此模式主要是为了研究斜拉索锚固区等的应力集中现象。根据圣维南原理，对结构进行二次分析。
(三)、斜拉桥的计算理论
根据线性与非线性将其分为三类。
1、微小变形理论，即弹性理论
这种计算方法将拉索简化为桁单元，其余部分用梁单元进行模拟，不考虑非线性影响。此计算方法适用于中小跨径的斜拉桥，或用于方案设计阶段。
2、准非线性计算理论
包括三种:计入收缩徐变的线性弹性分析理论、考虑二阶效应的近似计算以及弹性理论计算
结果乘以增大(大于1)系数。适用于概念设计阶段的计算，或计算中小跨径的斜拉桥。 3、有限位移理论
这是精确分析施工和正常使用阶段，以及结构在各种荷载下的静力响应的方法，适用于大跨桥梁设计的技术设计阶段的计算。用于前进分析与倒退分析中，以及成桥状态最优索力的确定。引起斜拉桥几何非线性的因素主要有以下三个方面:(1)索的垂度的影响将斜拉索模拟成桁单元，并用修正的弹性模量。当索力应力水平较低时，可直接用柔索单元来模拟斜拉索。(2)梁柱效应斜拉桥的主梁、主塔都工作在压弯状态，引起了梁柱效应。用梁单元分析时，可用稳定函数表示的几何非线性刚度矩阵和一般的几何刚度矩阵，来计入这一效应。(3)大位移效应由于斜拉桥为柔性结构，外荷载作用下结构变形较大。可用大位移刚度矩阵或基于U.L 列式的有限位移理论(拖动坐标法)计入这一效应。恒载与附加荷载的非线性计算，以计算荷载作用前的状态为初态，活载的非线性计算以成桥状态为初始内力状态，活载用影响区加载法来计算。
(四)、斜拉桥的计算内容
按照设计过程，斜拉桥的计算内容包括:
1、斜拉桥的恒载受力状态的优化计算
以往的斜拉桥索力优化计算归为三大类:指定受力状态的索力优化、无约束的索力优化和有约束的索力优化。肖老师利用调值计算的原理，提出了索力优化的影响矩阵法，用于成桥状态的索力优化与施工阶段的索力优化。
2、倒退分析
以成桥状态t=t0时刻的最优内力状态为参考状态，以设计的成桥线形为参考线形，对结构进行倒退分析。考虑到计算状态的不闭合;结构预应力、徐变、收缩引起结构倒退分析内力和实际内力的不闭合;以及斜拉索垂度效应和大位移效应等
几何非线性的因素，肖老师提出了采用前进、倒退分析交互迭代法，可消除这些不闭合因素。通过倒退分析，可以得到初始张拉力、施工张拉力及预拱度。
3、前进分析
即施工仿真计算，施工终态的内力即为实际内力状态。
4、构件应力分析
5、其它计算内容
施工控制计算、稳定计算、静风作用下的横向稳定分析以及动力计算等。
二、悬索桥的计算理论
悬索桥是跨越能力最强的桥型之一，其雏形三千多年前已在我国出现。悬索桥可分为柔性悬索桥与刚性悬索桥，两者区别是有无加劲梁。悬索桥由悬索(主索、边索和锚索)、桥塔、吊杆、加劲梁和桥面系(或桥道梁)及锚碇组成。
(一)、悬索桥的设计过程
开始-----结构总体布置-----构件尺寸初选-----确定恒、活载集度-----竖向恒、活载非线性分析------通过修正恒载集度、构件强度与刚度验算，反复计算以确定构件尺寸与矢跨比-----计算成桥实际构形与内力------验算强度刚度------计算构件无应力尺寸-----计算鞍座预偏量和挂索初态-----结束。
(二)、悬索桥的受力特征
成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法确定。成桥后，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构提供强大的“重力刚度”。主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在恒载作用下，以轴向受压为主，在活载作用下以压弯为主，呈梁柱构件特征。加劲梁承受的弯曲内力主要来自
结构的二期恒载和活载。吊索是传力构件，吊索内恒载轴力的大小，既决定了主缆在成桥状态的真实索形，而且也决定了加劲梁的恒载弯矩。锚碇是锚固主缆的结构。 (三)、悬索桥的计算理论
1、弹性计算理论
不考虑恒载初内力及大位移非线性的影响，适用于200米悬桥设计之用。假定悬索为完全柔性，吊杆沿跨密布，假定悬索曲线形状和纵坐标在加载后保持不变。缆索的形状假定为抛物线，按膜理论进行计算。
2、挠度理论
考虑位移的非线性影响，即考虑轴力并且在变形后的位置上建立平衡方程，通过建立基础微分方程来求解析解。方程是非线性的，相应的求解方法有线性挠度理论、等代梁法等。 3、有限位移理论
应用有限位移理论的矩阵位移法，可综合考虑体系节点位移影响、轴力影响，把悬索桥结构的非线性分析方法统一到一般非线性有限元法中，是目前普遍采用的方法。 (四)、悬索桥的计算方法及相应的计算内容
分为近似分析法和精确分析法，近似分析法可用弹性理论和挠度理论，而精确计算只能用有限位移理论。
1、近似分析法
由于悬索桥的施工过程较简单，近似计算法即计算各部分构件的位形、内力与位移。主要计算内容有:(1)成桥状态的近似计算根据悬索桥的布置形式的总断面线形，和由此确定的控制主缆的几何线形的基本点的位置，来分析主缆及其它构件成桥是的构形、受力状态，并求出主缆、吊索的无应力索长和施工阶段的鞍座偏移量。(2)加劲梁在竖向荷载下的分析可以由弹性理论计算，也可由挠度理论计算。
(3)主塔的计算 (4)水平静风载作用下的计算。 2、精确分析法
确定悬索桥成桥状态和施工状态的关键是确定主缆成桥是的线型，也就是在已知基本设计参数和施工方法的前提下，计算主缆与吊索交点位置及主缆与鞍座的切点坐标。计算内容主要包括:(1)计算吊索在恒载作用下的轴力主要问题为二期恒载轴力，此时桥已形成整体，假定主缆为抛物线，对结构进行二期恒载的非线性分析，可计算出二期恒载下吊索力。(2)确定吊索的真实形状从而可以确定主索鞍、转鞍鞍座与主缆的切点坐标，可计算出吊杆长度。(3)悬索桥施工状态计算包括确定主缆各索段无应力索长、鞍座基准回退量、空索合理状态以及加劲梁安装阶段的合理状态。(4)悬索桥局部应力分析包括整体分析与局部分析，整体分析中，主塔和加劲梁一般用计入几何刚度的梁单元模拟，主缆和吊索用计入几何刚度的桁单元模拟，但要考虑主缆自重引起垂度对轴向刚度的影响。对于单元长度较小的主缆，可用修正弹性模量，对于单元长度较大时，要用柔索单元。悬索桥大位移效应一般用U.L列式计入。要注意各部分荷载作用前的初内力状态。局部应力分析包括:主梁三维应力分析、主塔三维应力分析及鞍座应力分析等。
三、体会和问题
1、斜拉桥与悬索桥相比而言，斜拉桥的计算要复杂一些。斜拉桥计算中的关键是合理恒载内力状态的确定，而悬索桥中的则是成桥状态实际索形的确定。
2、要精确分析这两种体系的受力，均要用几何非线性的有限元分析程序。开发桥梁专用计算程序是完全必要的。
3、对倒退分析的理解:凡是要确定理想成桥状态的桥型，并且施工过程较复杂，内力影响因素很多时，均要做此分析。
4、问题:在确定好理想的恒载内力状态后，如何进一步进行倒退分析。
悬索桥计算
*第八节悬索 悬索有许多工程应用，常见的有高压输电线、架空索道、悬索桥等。悬索结构两端固定，它和梁的主要区别在于悬索不能抵抗弯曲，只能承受拉力。在初步的力学计算中，假设悬索具有充分的柔软性，故称为柔索。本节讨论的悬索均为柔索。对于已经处于平衡状态的悬索，根据刚化原理可知，作用在悬索上的力应该满足刚体的平衡条件。同时需要注意的是，绳索不是刚体，平衡方程表示绳索平衡的必要条件但非充分条件。 工程实际中经常碰到的问题是：在给定载荷作用下，求悬索的形状、索内拉力和绳索长度，以及它们与跨度、垂度、载荷之间的关系，以作为设计、校核悬索的根据。 悬索在工作中受到的载荷可以分为两类：（1）集中载荷；（2）分布载荷。其中分布载荷中最常见的是水平均布载荷、沿索均布载荷。当不计钢索自重时，旅游胜地高空缆车的索道受到车厢集中力（即重力）的作用（图8-39a）；装有吊篮的架空索道，同样受吊篮的集中力（即重力）的作用。这些都是悬索受集中载荷作用的例子。悬索直拉桥主索上承受的载荷可看成是水平均布载荷（图8-39b)。高空输电线（图8-39c)和舰船的锚链上承受的载荷可看成是沿索均布载荷。 (a) (b) (c) 图8-39 当悬索两支座A和B高度相同时，两个支承点之间的水平距离称为跨度；在载荷作用下，悬索上每一点下垂的距离称为垂度，由悬挂点到最低点的垂直距离称为悬索的垂度。在悬索计算中，跨度和索上最低点的垂度通常是已知的。 一、集中载荷 设绳索（柔索）连接在两个固定点A和B并有n个垂直集中载荷P1、P2、…、P n，如图8—39(a)所示，绳索的重力与绳索承受的载荷相比可以忽略。因此当绳索系统处于平衡状态时，相邻载荷之间的绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均被拉紧成直线段，即在集中载荷作用下，绳索成折线状。故绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均可以当作二力杆，绳索中任
梁式桥、拱式桥、悬索桥与斜拉桥的对比分析总结
分别从结构构造、力学特性、适用范围、结构内力计算方法以及主要施工工艺五个方面对梁式桥、拱式桥、悬索桥与斜拉桥进行对比分析总结。 一、梁桥 以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。主梁可以是实腹梁或者是桁架梁（空腹梁）。实腹梁外形简单，制作、安装、维修都较方便，因此广泛用于中、小跨径桥梁。但实腹梁在材料利用上不够经济。桁架梁中组成桁架的各杆件基本只承受轴向力，可以较好地利用杆件材料强度，但桁架梁的构造复杂、制造费工，多用于较大跨径桥梁。桁架梁一般用钢材制作，也可用预应力混凝土或钢筋混凝土制作，但用的较少。过去也曾用木材制作桁架梁，因耐久性差，现很少使用。实腹梁主要用钢筋混凝土、预应力混凝土制作，也可以用钢材做成钢钣梁或钢箱梁。实腹梁桥的最早形式是用原木做成的木梁桥和用石材做成的石板桥。 二、拱桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。 1.按照主拱圈的静力图式，拱轿可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱（图3 拱桥形式示意图）。 (1).三铰拱是静定结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角，致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利。拱顶铰的构造和维护也较复杂。因此，三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不用作主拱圈。 (2).两铰拱取消了拱顶铰，构造较三铰拱简单，结构整体刚度较三铰拱为好，维护也较三铰拱容易，而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱桥。 (3).无铰拱属三次超静定结构，虽然支座沉降等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方便,因此无铰拱是拱桥中,尤其是圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式。 2.按照主拱圈的构成形式，拱又可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱等(图4主拱圈的构成形式示意图)。 ①板拱：拱圈横截面呈矩形实体截面，它横向整体性较好、拱圈截面高度小、构造简单，但抵抗弯矩能力较差，一般用于圬工拱桥。1972年建成的四川九溪沟桥为石砌的板拱桥，跨径达到116米,为目前世界上最大跨径的石拱桥。 ②肋拱：拱圈是由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用横系梁相联系，拱肋形状可以是矩形、工字形、箱形或圆管形，它的抗弯能力较板拱为优,用料较省,但制作较板拱复杂，多用于钢筋混凝土拱桥或钢拱桥。1960年建成的瑞典恩斯科洛夫约桥，跨径为278米,为目前最大的钢管拱桥。 ③双曲拱:60年代以后,在中国采用的一种拱式桥梁。它在横向除有拱肋外，还有由拱波、拱板等构成的小拱将整个拱圈联结成整体，它在施工时可以将拱肋、拱波预制，安装后再浇筑拱板，减轻吊装重量，并可以不用拱架，或只需用简单支架，为混凝土拱桥提供了一种新的结构形式和简便易行的施工方法。但需采取措施保证拱圈的整体性。1969年建成的河南省前河桥跨径为150米，为目前跨径最大的双曲拱桥。 ④箱形拱：横截面可为整体多室箱形或分离箱形。混凝土或钢筋混凝土箱形拱也可采用无支架施工。它的整体性、横向稳定性和抗扭性能都较双曲拱的结构为好，但在中、小跨径时不如双曲拱简便和节省钢材。1979年建成的南斯拉夫克拉克桥，跨径为390米,是当前世界上最大的钢筋混凝土箱形拱桥。 ⑤桁架拱：拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式（图5 桁架拱的形式示意图）。桁架拱的材料用量较经济，但桁架的某些杆件将承受拉力，故主要用在钢拱桥或预应力混凝土拱桥中。1976年建成的美国新河桥，跨径为518米，为目前跨径最大的钢桁架拱桥。 拱桥主拱圈沿桥跨方向的形状，可以做成横截面尺寸沿拱轴线不变的等截面拱，或者做成横截面尺寸由拱脚向拱顶逐渐变化的变截面拱。变截面拱能较好地适应拱圈内力的变化，
现代桥梁之斜拉桥与悬索桥区别与联系[优秀工程范文]
现代桥梁之斜拉桥与悬索桥区别与联系 斜拉桥与悬索桥作为现代桥梁的主要建筑方式,二者之间又存在着怎样的区别与联系呢？下面我们通过结构力学的方法对其进行受力方面的定性分析,来解决一些现实中的 现象. 首先我们来了解一下他们的定义： 斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系.其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁.其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料.斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成. 悬索桥,又名吊桥(suspension bridge)指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁.其缆索几何形状由力的平衡条件决定,一般接近抛物线.从缆索垂下许多吊杆,把桥面吊住,在桥面和吊杆之间常设置加劲梁,同缆索形成组合体系,以减小活载所引起的挠度变形. 斜拉桥与悬索桥的结构简图如图a,b所示. 下面对一些现实现象进行定性分析. 1.为什么斜拉桥和悬索桥可以比其他桥梁的跨度大很多？ 通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看出,斜拉桥和悬索桥都是通过钢索的拉力来代替了桥墩的支持力.因此可以减少桥墩的数量,实现桥梁的大跨度. 2.为什么悬索桥可以比斜拉桥的跨度更大？
通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看出,斜拉桥的钢索是斜着的,以a图C点进行受力分析,为了在C点提供足够的竖直拉力Fcy随着AC距离的增加,Fc和Fcx将会不断增大,这样会不断增大钢索的拉力和桥面的轴向压力,这也是为什么斜拉桥的钢索大多集中在索塔的上端的原因.因此AC之间的距离不能太大,即斜拉桥的跨度不能太大 .而通过悬索桥的结构简图可以看出,悬索桥的钢索受力是竖直方向的,随着跨度的增加并不会增加钢索的受力.因此悬索桥的跨度可以比斜拉桥更大. 3.为什么斜拉桥比悬索桥稳定？ 由斜拉桥的结构简图可以看出绷紧的钢索与索塔及桥面根据三钢片原则构成了不变体系,而有悬索桥的结构简图不难看出悬索桥的主索、细钢索、索塔及桥面之间构成的是可变体系.因此悬索桥的稳定性不如斜拉桥的稳定性好. 4.既然增加索塔可以加大桥面的竖向拉力,减小桥面轴向应力鹤岗索拉力,为什么不把索塔建得很高呢？ 首先,增加索塔的高度会增加桥梁的用料,从而增加桥梁的经济成本高.其次,由于现实生活中桥面的受力情况特别复杂,无法保证索塔两边桥面受力情况完全相同,这会使得索塔两边钢索所受的拉力不同,如果索塔很长会使得索塔与桥面连接处以及桥墩与地面连接处弯矩过大,容易发生破坏. 5.为什么斜拉桥的桥面可以比悬索桥的桥面宽很多？ 斜拉桥的桥面比悬索桥的桥面宽很多是有桥面的材料为混凝土和桥面的受力特点的决定的 .下面截取斜拉桥和悬索桥的桥面的一个横截面来简化力学模型,并对其进行受力分析.假设桥面受大小为q的均布力,斜拉桥的受力如图c,悬索桥的受力如图d. 在斜拉桥的横截面受力图中,桥面横截面受斜向上的钢索拉力,因为斜拉桥的索塔为A型或椡Y型;而在悬索桥的受力图中,桥面横截面只受到竖直向上的拉力,因为悬索桥的索塔为H型.假设斜拉桥和悬索桥桥面长度为l,厚度为2h,则斜拉桥受到的最大拉应力为：米y/Iz-Tt/2lh=0.5ql*lh/Iz-Tt/2lh;悬索桥的最大拉应力为：米y/Iz=0.5ql*l/Iz.由此可见在受力和桥面横截面形状相同的情况下,斜拉桥的最大拉应力比悬索桥小Tt/2lh,又因为桥面材料为混凝土,抗压不抗拉,因此斜拉桥的桥面可以比悬索桥的桥面更宽一些. 下面,假设桥面受大小为q的均布力(因为桥面主要受到自身的重力,而桥面自身的重力是均布力),而这也是桥面的,设有n根钢索且每根钢索所受的拉力相等为T=ql/(n+2),并且假设桥面只发生小变形,对力学模型进一步简化后.对斜拉桥和悬索桥进行分析,做出斜拉桥与悬索桥的受力图g,剪力图e,弯矩图f.
斜拉桥&悬索桥
第六章悬索桥及斜拉桥 第一节悬索桥及斜拉桥的分类及构造 一、悬索桥、斜拉桥的分类 （一）悬索桥 悬索桥也称吊桥，是指利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系，将桥跨所承受的荷载传递到桥塔、锚碇的桥梁。其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索、加劲梁组成。 悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以划分。 1．按悬吊跨数分类 其结构形式如图6-1。其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。 图6-1 悬吊跨数不同的悬索桥 a)单跨悬索桥；b)三跨悬索桥；c)四跨悬索桥；d)五跨悬索桥 1）单跨悬索桥 2）三跨悬索桥 3）多跨悬索桥 图6-2 联袂布置的悬索桥 2．按主缆的锚固方式分类 按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。 3．根据悬吊方式分类 1）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁，如图6-4所示。 2）采用三角布置的斜吊索，并以扁平流线形钢箱梁作加劲梁，如图6-5所示。 3）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作加劲梁。如图6-6所示。
图6-4 采用竖直吊索桁式加劲梁悬索桥 图6-5 采用斜吊索钢箱加劲梁的悬索桥 图6-6 带斜拉索的悬索桥 4．按支承结构分类 图6-7 按支承构造划分悬索桥形式 a)单跨两铰加劲梁；b)三跨两铰加劲梁；c)三跨连续加劲梁（二）斜拉桥 斜拉桥的主要组成部分为主梁、索塔及拉索。 1．按索塔布置方式分 1）单塔式斜拉桥 采用图6-8-b）的单塔式斜拉桥。 2）双塔式斜拉桥
桥下净空要求较大时，多采用图6-8 a）所示的双塔式斜拉桥。 图6-8 斜拉桥跨径布置 3）多塔式斜拉桥 在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，可采用图6-8c)所示的多塔斜拉桥。 2．按主梁的支承条件分 1）连续梁式斜拉桥如图6-9 a）。 2）单悬臂式斜拉桥如图6-9 b）。 3）T形刚架式斜拉桥如图6-9 c）。 图 6-9按主梁支承条件划分斜拉桥形式 二、悬索桥、斜拉桥的构造 （一）悬索桥上部结构的主要形式和构造特点 现代悬索桥通常主要由主缆、主塔、锚碇与加劲梁等四大主体结构以及塔顶主索鞍、锚口散索鞍座或散索箍和悬吊系统等重要附属系统组成。 1．主缆 1）主缆的材料 2）主缆的类型 (1)钢丝绳主缆。 (2)平行丝股主缆。 3）主缆的制作 4）主缆的形式 5）主缆的截面组成
悬索桥的计算方法及其历程1
悬索桥的计算方法及其发展 悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主 要结构型式之一。悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚 碇等构成。从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。悬索 桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。 考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限 位移理论。挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比 较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步 设计阶段的结构设计计算。有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几 何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接 用于设计计算有诸多不便和困难。 悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。这种理论 主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内 其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。悬索 桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。 最初的悬索桥分析理论是弹性理论。弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载 而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径 小于200米的悬索桥设计中应用[1]。但弹性理论假定缆索形状在加 载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入 变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。 悬索桥的挠度理论也是一种非线性的分析方法，至今仍不失为分析悬索桥的较简单实用的手段。但挠度理论在基本假设中忽略了吊杆的变位影响及加劲梁的剪切变形影响等，使分析结果的精度受到限制。随着计算方法、计算手段的发展，悬索桥的计算理论也发展到将悬索桥作为大位移构架来分析的有限位移理论。有限位移理论将整个悬索桥包括缆索、吊杆、索塔、加劲梁全部考虑在内，分析时可以将各种二次影响包括进去，从而使悬索桥的分析精度达到新的水平。 有限位移理论是20世纪60年代提出的计算理论。它是一种精确的理论，不需挠度理论所作的那些假定。其计算值一般要小于挠度理论[3]。根据参考文献，主跨为380m时，用有限位移理论计算的内力、挠度值，比挠度理论小10﹪；主跨768m时，在半跨加均
悬索桥迈达斯操作经验
在学**阶段的各种设计练**及实际工作中，可能会经常遇到悬索桥的设计计算。本文结合笔者自身体验，叙述Midas/Civil计算悬索桥的基本步骤及使用中的心得技巧和注意事项。注：本文以Midas/Civil 2012为参照版本。 Midas/Civil计算悬索桥中的关键问题在于初始成桥线性的确定，这是由于悬索桥为大变形二阶柔性结构决定的。其分析过程及每步中的要点如下： 1.建立新文件，为了便于区分和查找，建议命名时加入文件创建日期及文件主要特征等信息； 2.按照初步设计，定义主缆、桥塔、横梁、加劲梁、横隔板等部件的材料及截面特性值； 3.在结构-悬索桥按钮点出“悬索桥建模助手”，在其中输入相关信息，利用建模助手功能生 成初步模型以便后续修改。在此需指出，利用悬索桥建模助手可以确定索单元大致的初始内力，利于后面的精细分析。实际上也完全可以自行建立悬索桥的全部梁、索单元，再进行非线性分析控制和迭代，但该步骤比较繁琐，因此一般推荐采用悬索桥建模助手生成初步模型； 在建模助手中有几个要点和技巧： 1）建模助手采用的默认对象是双塔三跨悬索桥。当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，可以在边跨长度框内输入一个很小的数值（如1e-6），一般在Midas/Civil中，距离小于1e-5的节点将被合并，从而达到实际只建立了中跨的效果； 2）桥面系宽度，在桥塔竖直、索面竖直时指的是桥塔间距，也即主缆间距、吊杆吊点间距，在索面倾斜或桥塔倾斜时，一般理解为吊杆在加劲梁上的吊点间距更加方便； 3）桥面系单位重量，此处输入的单位重量必须等于加劲梁的自重加上二期恒载等以梁单元均布荷载形式施加给加劲梁单元的梁单元荷载的和，否则后面难以计算收敛。另外，当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，应勾选此处“详细”对话框，并在对话框中分别设置边、中跨桥面系荷载集度，为了便于收敛，可以将实际不存在的边跨设置一个非常小的集度，如1e-6； 4）其余各项按照对话框要求及初步设计填写即可，点击“实际形状”，会给出初步计算的主缆横向内力，该值应该记下，以便在后面悬索桥分析控制中使用； 5）填写完成后建议命名并保存该wzd文件，以便后面再修改或重复利用。 4.建模助手填写完毕后，点击“确定”，即开始进行第一轮悬索桥生成时的初步非线性分析 计算，根据悬索桥复杂程度不等，通常该过程会持续数秒到数十秒，此时宜耐心等待。该过程运行结束后，程序会自动生成几何刚度初始荷载，并自动生成“自重”荷载工况； 5.悬索桥建模助手生成的是程序默认形式的地锚式竖直索面悬索桥，此时我们需根据实际桥 梁情况进行修改：比如自锚式悬索桥、空间主缆悬索桥、单塔悬索桥等，修改的内容包括节
悬索桥挠度理论非线性分析计算方法
悬索桥挠度理论非线性分析计算方法 摘要：为配合大跨度悬索桥的设计,采用悬索桥挠度理论的实用计算方法,提出了通过初拟结构尺寸挠度理论分析改进和优化截面尺寸的反复计算来确定悬索桥各部分结构尺寸的计算方法。 关键词：悬索桥,挠度理论,结构设计,计算方法 悬索桥是一种传统的桥梁结构形式。由于它的跨越能力在各种桥梁结构形式中最大，故一直是大跨和特大跨桥梁的主要形式。悬索桥通常由承重缆索、支承缆索的索塔，锚固缆索的锚碇、直接承受交通荷载的加劲梁以及将加劲梁与缆索连在一起的吊杆组成，因而在理论上悬索桥应是索和梁的组合结构体系。但因悬索桥的跨度一般很大，加劲梁的刚度在全桥刚度中所占比重很小，故在受力本质上悬索桥属于柔性悬挂体系，它在外荷载作用下将产生相当大的变形，如仍按小变形理论进行线性分析，将不能反映实际结构的受力。因此，大跨度悬索桥的分析必须计入内力和结构变形的影响，否则将引起较大的误差。不过悬索桥和拱桥相反，不计入结构变形影响通常将导致缆索内力计算偏大而不是偏于不安全，这也是早期修建的一些悬索桥至今仍能使用的原因之一。 最初的悬索桥分析理论是弹性理论。弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径小于200米的悬
索桥设计中应用[1]。但弹性理论假定缆索形状在加载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入变形影响的悬索桥挠度理论。 古典的挠度理论称为膜理论。它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用[2]。 悬索桥的挠度理论也是一种非线性的分析方法，至今仍不失为分析悬索桥的较简单实用的手段。但挠度理论在基本假设中忽略了吊杆的变位影响及加劲梁的剪切变形影响等，使分析结果的精度受到限制。随着计算方法、计算手段的发展，悬索桥的计算理论也发展到将悬索桥作为大位移构架来分析的有限位移理论。有限位移理论将整个悬索桥包括缆索、吊杆、索塔、加劲梁全部考虑在内，分析时可以将各种二次影响包括进去，从而使悬索桥的分析精度达到新的水平。 有限位移理论是20世纪60年代提出的计算理论。它是一种精确的理论，不需挠度理论所作的那些假定。其计算值一般要小于挠度理论[3]。根据
Midas Civil悬索桥分析功能使用
MIDAS/Civil悬索桥分析功能使用说明 资料制作日期：2006-8-9 对应软件版本：Civil 2006 1．使用MIDAS/Civil分析悬索桥的基本操作步骤 A.定义主缆、主塔、主梁、吊杆等构件的材料和截面特性； B.打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”，输入相应参数（各参数意义请参考联 机帮助的说明以及下文中的一些内容）； C.将建模助手的数据另存为“*.wzd”文件，以便以后修改或确认； D.运行建模助手后，程序会提供几何刚度初始荷载数据和初始单元内力数据，并自动 生成“自重”的荷载工况； E.对模型根据实际状况，对单元、边界条件和荷载进行一些必要的编辑后，将主缆上 的各节点定义为更新节点组，将塔顶节点和跨中最低点定义为垂点组； F.定义悬索桥分析控制数据后运行。运行过程中需确认是否最终收敛。运行完了后程 序会提供平衡单元节点内力数据； G.删除悬索桥分析控制数据，将所有结构、边界条件和荷载都定义为相应的结构组、 边界组和荷载组，定义一个一次成桥的施工阶段，在施工阶段对话框中选择“考虑 非线性分析/独立模型”，并勾选“包含平衡单元节点内力”； H.运行分析后查看该施工阶段的位移是否接近于0以及一些构件的内力是否与几何刚 度初始荷载表格或者平衡单元节点内力表格的数据相同； I.各项结果都满足要求后即可进行倒拆施工阶段分析或者成桥状态的各种分析； J.详细计算原理请参考技术资料《用MIDAS做悬索桥分析》。 2．建模助手中选择三维和不选择三维的区别？ A.选择三维就是指按空间双索面来计算悬索桥，需要输入桥面的宽度，输入的桥面系 荷载将由两个索面来承担； B.不选择三维时，程序将给建立单索面的空间模型，不需输入桥面的宽度，输入的桥 面系荷载将由单索面来承担。 3．建模助手中主梁和主塔的材料、截面以及重量是如何考虑的？ A.因为索单元必须考虑自重，因此建模助手分析中对于主缆和吊杆的自重，程序会自 动考虑； B.但在建模助手中主梁和主塔的材料和截面并不介入分析，程序只是根据输入的几何 数据，给建立几何模型，以便进行下一步的悬索桥精密分析。即，程序不会根据定
斜拉桥与悬索桥计算理论简析
斜拉桥与悬索桥计算理论简析 以前忘记在哪里看到这篇文章了，感觉就像是研究生交的作业一样，呵呵，不过深入浅出，讲的挺明白，把斜拉桥和悬索桥基本的东西都写出来了。我把它修改了一下贴出来，大家可以当科普性的东西看看。 正文：斜拉桥与悬索桥是桥梁结构中跨越能力最大的两种桥型，随着桥梁建造向大跨径方向发展，它们越来越成为人们研究的热点。通过大跨径桥梁理论的学习，我对斜拉桥与悬索桥的计算理论有了较为系统的了解。在本文中，我想从一个设计者的角度，在概念层次上，对斜拉桥与悬索桥的计算理论做个总结，以加深自己对这些计算理论的理解。 一、斜拉桥的计算理论斜拉桥诞生于十七世纪，在最近的五十年间，斜拉桥有了飞速的发展，成为200米到800米跨径范围内最具竞争力的桥梁结构形式之一。有理由相信，在大江河口的软土地基上或不适合建造悬索桥的地区，有可能修建超过1200米的斜拉桥。斜拉桥是塔、梁、索三种基本结构组成的缆索承重结构体系，一般表现为柔性的受力特性。 （一）、斜拉桥的静力设计过程 1、方案设计阶段此阶段也称为概念设计。本阶段的主要任务是凭借设计者的经验，参考别的斜拉桥的设计，结合自己的分析计算，来完成结构的总体布置，初拟构件尺寸。根据此设计文件，设计者或甲方（有些地方领导说了算）进行
方案比选。 2、初步设计阶段本阶段在前一阶段工作的基础上进一步细化。主要任务是：通过反复计算比较以确定恒活载集度、恒载分析、调索初定恒载索力、修正斜拉索截面积、活载及附加荷载计算、荷载组合及梁体配索、索力优化以及强度刚度验算等。 3、施工图设计阶段此阶段要对斜拉桥的每一部位以及每一施工阶段进行计算，确保结构安全。主要计算内容有：构件无应力尺寸计算、对施工阶段循环倒退分析、计算斜拉索初张力、预拱度计算、强度刚度稳定性验算以及前进分析验算等。 （二）、斜拉桥的计算模式 1、平面杆系加横分系数此模式用在概念设计阶段研究结构的设计参数，以求获得理想的结构布置。还可用于技术设计阶段，仅仅计算恒载作用下的内力。 2、空间杆系计算模式此模式用在空间荷载（风载、地震荷载以及局部温差等）作用下的静力响应分析。此模式按照主梁可分为三种：“鱼骨”模式、双梁式模式与三梁式模型。 3、空间板壳、块体和梁单元计算模式此模式用在计算全桥构件的应力分布特性，这类模式要特别注意不同单元结合部的节点位移协调性。 4、从整体结构中取出的特殊构件此模式主要是为了研究斜拉索锚固区等的应力集中现象。根据圣维南原理，对结构进行二次分析。 （三）、斜拉桥的计算理论根据线性与非线性将其分为三类。 1、微小变形理论，即弹性理论这种计算方法将拉索简化为桁单元，其余部分用梁单元进行模拟，不考虑非线性影响。此计算方法适用于中小跨径的斜拉桥，或用于方案设计阶段。 2、准非线性计算理论包
斜拉桥与悬索桥之比较
第四篇斜拉桥与悬索桥 第一章斜拉桥 教学目的：1、掌握斜拉桥桥型的构造及力学特点。 2、了解斜拉桥的设计简介。 教学内容： 1、斜拉桥主要由主梁、索塔和斜拉索三大部分组成。 2、斜拉桥常见的孔跨布置方式和立面上的布置方式。 3、斜拉桥的梁、塔、墩的结合方式。 4、斜拉桥的设计简介。 重点：1、斜拉桥构造特点。 2、斜拉桥的梁、塔、墩的结合方式。 难点：斜拉桥的梁、塔、墩的结合方式。 思考题及习题： 1．斜拉桥的主要受力特点是什么? 2．斜拉桥主梁常采用哪些截面，各有何特点?
第一章斜拉桥 1、组成: 主梁——混凝土、钢—混凝土组合、钢 索塔——钢筋混凝土 斜拉索——高强材料(高强钢丝或钢绞线) 2、荷载传递路径： 主梁——多跨弹性支承的连续梁。 斜拉索对主梁的多点弹性支承作用，只有在拉索始终处于拉紧状态时才能得到充分发挥。因此在主梁承受荷载之前对斜拉索要进行预张拉。 预张拉力——主梁一个初始支承力——调整主梁初始内力，并提高斜拉索的刚度。斜拉索水平分力对主梁预压，——增强主梁的抗裂性能，节约高强钢材的用量 3、斜拉桥与悬索桥的区别：结构刚度大小 主梁承受轴力——可以对主梁内力进行调整 刚度可改变 4、索力调整——主梁受力均匀——经济、安全——工序繁琐 5、拉索的防护、新型锚具的工艺和耐疲劳问题 （一）孔跨布置: 双塔三跨式 最常见，主跨跨径较大，适用较大河流 主跨作用活载时，塔向中跨侧发生水平倾斜，此时边跨刚度将显著减小塔的倾斜量，从而提高了中跨的刚度。 有效办法：加粗端锚索或增加边跨辅助墩。 独塔双跨式 常见：主跨跨径比双塔三跨式主跨跨径要小，适用中小河流和城市道路 当边跨较大时，一般需在边跨范围内布置辅助墩，以提高主跨刚度 三塔四跨式和多塔多跨式 非常少 原因：中间塔没有端锚索来有效地限制它的变位， 可将中间塔做成刚性塔(例如A形塔)，或用拉索对中间塔顶加劲，或增加主梁梁高、采用矮塔部分斜拉桥体系 （二）构造 1、斜拉索 抗拉强度高、弹性模量大且抗疲劳性能好的钢 平行高强钢丝束、平行钢绞线束
为什么悬索桥的跨越能力如此强
因为悬索桥的主体结构做到了没有弯矩，只承受拉力。这几乎是效率最高的结构体系。 简单说，拿筷子做类比。随便一用力就可以把筷子掰断，这就是筷子在受弯；但几乎很少有人能够把筷子拉断，这就是筷子在受拉。几乎所有的材料，受拉的效能都要远远高于受弯的效能。（具体的分析，可以参照这个回答：为什么对木棍，铁棒等，折断比拉断更容易？） 再举个例子，想想一下晾衣服。受弯的例子就是晾衣杆，木头的、竹子的、金属的，这些杆子都要有足够的直径，否则很容易就被衣服压断了；受拉的例子则是晾衣绳，很细的一根绳子，所用的材料比木杆子少得多，晾上衣服之后下垂的弧度很大，但一般情况下很难被拉断。 与轴心拉压相比，受弯是一个效率极低的承载方式。一定程度上，提高结构效能就是尽量的把受弯转化为受拉或者受压。如果同时能够做到尽量减轻结构自重，那就更完美了。拱结构就是转化为受压的例子，而悬索桥则是转化为受拉的例子。
a 图就是最普通的梁式桥，完全依靠受弯承载。这种形式非常常见，地铁、高架、小型公路桥梁，几乎全部是这样的。右边是它的截面的应力分布，上下表面大，中间位置几乎为零。也就是说，整个截面的应力并不是平均分配的，而是存在一个“水桶效应”，尽管中间位置几乎没有应力，但是，只要上下边缘达到了极限，整个截面就离破坏不远了。上下边缘处的应力就是这个水桶最短的那块木板。 既然中间截面几乎为零，那么为什么不把它们省略呢？于是，就有了 b 图这种开孔梁。截面中间部位应力很小的那些地方被省去，减轻了自重。拉压应力集中在上下边缘处。 把这个趋势进一步扩大，也就是把原来的梁式结构进一步格构化，去掉应力小的部位，保留最基本的部位，我们就得到了 c 图的这种桁架结构。d 图是它的大致内力分布，红色受拉，蓝色受压。它的截面分布更加合理，上弦杆件受压，下弦杆件受拉，中间没用的部位全是空的。著名的南京长江大桥就是这样的结构形式。 如果把这个最优化的趋势做到极致，那就达到了 e 图这种的悬索结构。整个悬索承受同样大小的拉力，整个悬索的拉力由支座处的锚固平衡。其实这种结构非常好理解，把 e 图想象成一根晾衣绳，上面晾了11件衣服，而晾衣绳的两端，需要牢固的栓在墙上或者柱子上。很容易理解吧？ f 图所示的拱桥就是另一个方向的极致，与e 图上下对称，f 图中的拱结构只承受压力，也不承受弯矩。但与纯受拉的悬索结构相比，受压的拱结构还牵扯到稳定问题。举个例子，你用脚踩放在地上的空易拉罐，很难把它踩碎，但是很容易就把它踩变形、踩扁了。因此，拱结构的效率还是比不上悬索结构。 那为什么悬索非得是这种形状呢？也很好理解，弄一根铁链，或者自行车链条，两端固定，中间自由下垂，得到的就是上面 e 图的这个形状。自由绳索在自重作用下自由下垂所形成的曲线，一般称为悬链线。观察一下蜘蛛网，它们就是近似的悬链线。
悬索桥结构计算理论
悬索桥结构计算理论
悬索桥结构计算理论 主要内容 ?概述 ?悬索桥的近似分析 ?悬索桥主塔的计算 ?悬索桥成桥状态和施工状态的精确计算
1.概述 1.1悬索桥的受力特征 悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系，其主要构成如下图所示。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
悬索桥各部分的作用 主缆是结构体系中的主要承重构件，受拉为主； 主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，受压为主； 加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要承受弯曲内力； 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带，受拉。 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。
1.概述(续) ?悬索桥计算理论的发展与悬索桥自身的发展有着密切联系 早期，结构分析采用线弹性理论(由于桥跨小，索自重较轻，结构刚度主要由加劲梁提供。 中期(1877), 随着跨度的增加，梁的刚度相对降低,采用考虑位移影响的挠度理论。 现代悬索桥分析采用有限位移理论的矩阵位移法。 ?跨度不断增大的同时，加劲梁相对刚度不断减小，线性挠度理论引起的误差已不容忽略。因此，基于矩阵位移理论的有限元方法应运而生。应用有限位移理论的矩阵位移法，可综合考虑体系节点位移影响、轴力效应，把悬索桥结构非线性分析方法统一到一般非线性有限元法中，是目前普遍采用的方法。
?弹性理论 （1）悬索为完全柔性，吊索沿跨密布； （2）悬索线性及座标受载后不变； （3）加劲梁悬挂于主缆，截面特点不变；仅有二期恒载、活载、温度、风力等引起的内力。 计算结果：悬索内力及加劲梁弯距随跨经的增大而增大。
自锚式悬索桥的计算
自锚式悬索桥的计算 北京迈达斯技术有限公司 2004.12
目 录 1.使用精确分析方法确定自锚式悬索桥三维形状 2.三维悬索桥建模助手(索体系平衡状态) 2.1简化的索体系平衡状态分析方法(Ohtsuki方法) 2.1.1竖向平面内分析 2.1.2水平面内分析 2.2精确的索体系平衡状态分析方法 3.悬索桥分析控制(整体结构体系平衡状态)
1. 使用精确分析方法确定自锚式悬索桥三维形状 决定自锚式悬索桥形状的精确分析一般分为两个阶段。如下列流程图所示，第一个阶段确定整体结构形成前状态(无应力索长状态)，第二个阶段确定包含加劲梁、索塔墩等全部结构体系形成后的状态。
2. 三维悬索桥建模助手(索体系平衡状态) 图1. 悬索桥建模助手 MIDAS/Civil的悬索桥建模助手用于前面所述的确定整体结构形成前状态(无应力索长状态)的程序，建模助手内部又经历了两个步骤的分析过程。第一个步骤使用Ohtsuki博士的简化计算方法进行简化的初始平衡分析，在此阶段通过输入的加劲梁的均布荷载和Y、Z方向的垂度确定主缆的水平力和其三维坐标。第二个步骤为精确的初始平衡分析阶段，是使用前一步骤得到的主缆坐标和水平张力，通过非线性分析计算准确的索无应力长状态。 图2. 悬索桥建模助手
2.1 简化的索体系平衡状态分析方法(Ohtsuki方法) 下面介绍悬索桥建模助手的第一个步骤中使用的Ohtsuki方法。 该方法采用了日本Ohtsuki博士使用的计算索平衡状态方程式，其基本假定如下： (1) 吊杆仅在横桥向倾斜，始终垂直于顺桥向。 (2) 主缆张力沿顺桥向分量在全跨相同。 (3) 主缆与吊杆的连接节点之间的索呈直线形状，而非抛物线形状。 (4) 主缆两端坐标、跨中垂度、吊杆在加劲梁上的吊点位置、加劲梁的恒荷载等为已 知量。 吊杆间主缆的张力分布如下图所示。 图3. 主缆张力 一般来说将索分别投影在竖向和水平面上，利用在各自平面上张力和恒荷载的平衡关系进行分析，下面分别介绍竖向和水平面的分析过程。
悬索桥的发展与设计计算理论
悬索桥的发展与设计计算理论 摘要：本文先介绍了现代悬索桥的发展历史，而后主要从悬索桥理论发展入手,介绍了弹性理论、挠度理论、有限位移理论的基本原理,并通过对三者的比较分析,说明了在现今计算机高速发展和应用的背景下,有限位移理论是对悬索桥结构进行分析的最适合的理论。 关键词：悬索桥；弹性理论；挠度理论；有限位移理论 我国四川省的灌县早在前年之前就出现了竹索桥。17世纪出现铁链作悬索的桥梁，我国四川省大渡河上由9条铁链组成的泸定桥是在1 706年建成的。19世纪时又发展为采用眼杆与销铰作悬链的桥梁。英国1826年建成的跨度为177m的麦地海峡桥；1864年建成的跨度为214m的克利夫顿桥都是属于这种形式，这两座古老的悬索桥至今尚在使用。利用钢缆绳、钢铰线秘钢丝等现代钢材来制造的悬索桥则基本上是进入20世纪后才开始出现的。 现代悬索桥的发展迄今出现了四次高峰。在第一次与第二次高峰之间的20世纪40年代．因美国塔科马老桥的风毁事故．夫跨度悬索桥的修建停顿了约有10年之久。但在此期间由手悬索桥的抗风设计，引入了风洞试验雨使悬索桥的发展在20世纪50年代得到复苏，并分别在60年代与80年代进式第二次与第三次高峰。进入90年代之后，在全球范围随又出现新的建设高峰。即目前的第四次高峰。以下对四次高峰，包括挫折期与复苏期．分别作概略的叙述。 1883年在纽约建成的主跨为486m的布鲁克林桥是美国，也是世界首座跨度较大的悬索桥。此桥除了具备现代悬索桥的缆索体系外．还混有若干加强的斜拉索。因此，严格地说，它不是一座纯粹的悬索桥。首先是1903年建成的主跨为488m 的威廉姆斯堡，其次是1909年建成的主跨为448m的曼哈顿桥。这两座桥都是纽约市区跨越东河．并且都是在空中甩编丝轮将钢丝编拉后组成主缆的。这种在空中编丝成缆的方法被称为空中编缆法．简称AS法。 而悬索桥的发展又离不开与其密切相关的计算理论的发展。悬索桥的计算理论也已有上百年的历史,它随着时代的发展与科学技术的进步,特别是二次世大战以后的电子计算机技术的发展,有着非常大的演变与发展。19 世纪末至上世纪初的悬索桥早期的计算是采用弹性理论来进行的。当时世界上跨度最大的布
悬索桥基本理论知识
悬索桥基本理论知识： 1）众所周知，悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件组成 的柔性悬吊组合体系。主缆是结构体系中的主要承重构件，是几何可变体系，主 要靠恒载产生的初始拉力以及几何形状的改变来获得结构刚度，以抵抗荷载产生 的变形’因而使得大跨度悬索桥在施工阶段具有强烈的几何非线性。 2）在以往的地震反应分析中，惯用的方法是对几 何非线性进行近似考虑，即只考虑缆索的弹性模量的修正和恒载静力平衡时的重 力刚度 Fleming和Eqesli 15】早在1982年就采用线性分析方法和考虑结构几何非线性 的分析方法对跨度200m左右的斜拉桥进行了地震反应分析。Fleming研究的几 何非线性分析计算理论对斜拉桥、悬索桥的非线性研究工作是一个巨大的贡献， 其分析方法至今被人借鉴。他们研究的结论是：线性分析方法和非线性分析方法 所得到的斜拉桥地震反应结果非常相近。 结构几何非线性的影响对地震反应并不显著，但随着跨度增大， 非线性影响将会增大，其趋势是减小结构的反 1LJ．Tuladhar和W．H．Dilg盯18J分别采用等效弹性模量、几何刚度矩阵、u．L．列式考虑结构的几何非线性建立了动力增量方程，分析了跨度从300m到450m 的四座斜拉桥的几何非线性对其静力和地震反应的影响。他们指出对于大跨度斜 拉桥考虑几何非线性后，结构的静力和地震反应都有比较明显的增加。 朱稀和王克海H采用有限位移理论，考虑斜拉索的垂度、结构的梁柱效应和 结构的大位移引起的结构几何非线性，研究大跨度斜拉桥在自重和拉索的初张力 作用下的平面和空间静力、动力分析方法。分析了主跨分别为335m和671m 的三跨斜拉桥，认为斜拉桥结构考虑几何非线性后结构的整体刚度有所提高。 邓育林【”J利用ANSYS软件对主跨460m的重庆市奉节长江公路大桥(斜拉 桥)进行了线性和几何非线性地震时程分析，认为非线性对大跨度斜拉桥动力反 应影响很大，考虑几何非线性后地震反应结果增大。 文献11lI报道林同炎国际咨询公司考虑应力和位移对刚度的影响，利用牛顿 一拉夫森切线刚度迭代法求解结构变形后的平衡方程组，对金门大桥(悬索桥) 的非线性研究结论是：非线性分析计算预计的位移大约比传统的线性结果小18 倍。这样一个结论，几乎可否定传统的线性分析。没有任何文献报道斜拉桥地震 反应的线性分析结果和非线性分析结果具有如此大的差异。
自锚式悬索桥计算报告完整版
目录 4.2.4.1.结构总体静力计算分析 (1) （1）主要构件材料及性能 (1) ①混凝土 (1) ②结构钢材 (1) ③主缆用钢材 (1) ④吊索用钢材 (1) （2）全桥成桥状态计算 (2) ①计算方法及模型 (2) ②计算荷载及组合 (3) ③刚度计算结果 (3) ④强度计算结果 (4) 4.2.4.2.结构稳定计算分析 (6) （1）计算模型及方法 (6) （2）荷载及组合 (6) （3）计算结果 (6) 4.2.4.3.结构动力特性计算分析 (7) （1）计算模型及方法 (7) （2）计算结果 (7) 4.2.4.4.结构抗震计算分析 (8) （1）结构抗震设防标准 (8) （2）计算参数选取 (8) ①下水平向地震动参数 (8) ②竖向地震动参数 (8) ③结构阻尼比的取值 (9) （3）地震组合 (9) （4）计算模型 (9) （5）计算结果 (9) 4.2.4.5.结构抗风计算分析 (9) （1）设计风速确定 (9) （2）颤振稳定性计算分析 (10) ①颤振临界风速确定 (10) ②颤振稳定性分析 (11) （3）静风稳定性计算分析 (11) ①二维静风扭转发散分析 (11) ②二维横向屈曲发散分析 (12)
（4）静风荷载计算分析 (13)
4.2.4 自锚式悬索桥结构计算分析 4.2.4.1.结构总体静力计算分析 （1）主要构件材料及性能 ①混凝土 索塔采用C50混凝土，边墩采用C40混凝土，承台及桩基采用C30混凝土，各种标号混凝土主要力学性能见下表。 主梁及桥塔横梁采用Q345qD 钢材。其主要力学性能见下表。 主缆材料采用φ5.2mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。 吊索材料采用φ7.0mm 高强平行钢丝，其主要力学性能见下表。
悬索桥和斜拉桥的区别
斜拉桥,又称斜张桥，是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。 斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。 桥的主要承重并非它上面的汽车或者火车，而是它本身，也即我们看的的路面。现在我们就分析这个： 我们以一个索塔来分析。索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了， 最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。 斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。 斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。第一座现代斜拉桥始建于1955年的瑞典，跨径为182米。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为法国的诺曼底桥，主跨径为856米。1993年建成的上海杨浦大桥是我国目前最大的斜拉桥，主跨径为602米 斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是一种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。 斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有3O余座，仅次于德国、日本，而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。 50年代中期，瑞典建成第一座现代斜拉桥，40多年来，斜拉桥的发展，具有强劲势头。我国70年代中期开始修建混凝土斜拉桥，改革开放后，我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势。 我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如汕头石大桥，主跨518m；武汉长江第三大桥，主跨618m。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥，主跨628m；武汉军山长江大桥，主跨460m。前几年上海建成的南浦（主跨423m）和杨浦（主跨6O2m）大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥。 我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。 现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。